Publicado por kmatsui em sex, 19/09/2025 - 15:34
Seu trabalho foi reconhecido pela campanha bem sucedida de design e testes dos sensores LGAD (Low Gain Avalanche Detectors) que constituem o novo sistema HGTD (High Granularity Timing Detector) do ATLAS. Essa campanha permitiu o início da produção dos sensores que serão utilizados na atualização do experimento.
Em entrevista à equipe de comunicação do HEPIC , Saito conta um pouco sobre sua trajetória acadêmica até chegar ao seu trabalho como doutorando no HEPIC e sua contribuição para o experimento ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS - Dispositivo Instrumental Toroidal para o LHC) do CERN.
O doutorando relata que a Divulgação Científica com a repercussão da detecção e confirmação do Bóson de Higgs entre os anos de 2012 e 2013, foi o principal empurrão para começar seus estudos na área de eletrônica no laboratório do HEPIC do Instituto de Física da Universidade de São Paulo, onde ele fez iniciação científica e seu estágio no curso de Engenharia Elétrica.
Saito no laboratório do HEPIC
Ainda durante a graduação, na pandemia, por conta dos cortes da bolsa, relata que estava sem certezas quanto ao próximo passo depois da graduação. No entanto, em uma oportunidade, foi selecionado para ir ao CERN e diz que essa experiência foi preponderante para entrar para pós-graduação no grupo.
“ver aquilo funcionando, ver a enormidade do trabalho, ver o ambiente cosmopolita, o ambiente de reunião de ideias, o ambiente que tem várias pessoas do mundo inteiro, trocando suas experiências, (...) me deixou muito feliz com o trabalho que eu estava fazendo até aquele momento”.
Foto de Guilherme Saito ao lado do experimento ATLAS
Em seu trabalho atual, Saito desenvolve sensores e sistemas que serão essenciais para a atualização do ATLAS, que será dada nos próximos anos, para ser capaz de suportar o ambiente do novo modo de operação do LHC que é o High Luminosity LHC (regime de Alta Luminosidade), regime em que ocorrerão mais colisões partículas no mesmo cruzamento de nuvens de prótons.
“Hoje em dia o experimento recebe uma coisa de 20, 30, 40, 60 colisões de pares de prótons dentro de uma mesma nuvem, mas quando o LHC entrar na sua fase de Alta Luminosidade a gente vai ter 200 colisões de pares de próton por cruzamento de feixe. E do jeito que o ATLAS foi concebido para operar até hoje, ele não teria a capacidade de distinguir a passagem das partículas que foram produzidas por esses 200 pares de prótons durante as colisões.”
Uma das atualizações do experimento ATLAS consiste na instalação de um novo detector baseado em sensores semicondutores cuja estrutura se assemelha a diodos de silício. Esse novo sistema mede o instante no tempo em que a partícula atinge o sensor vinda da colisão de prótons. Ele também permite localizar a partícula no espaço, pois o sensor é pixelado (dividido em pixels). Com as informações de tempo e posição das partículas, será possível identificar de qual das quase 200 colisões ocorridas veio cada partícula.
O diodo de silício é um componente eletrônico de extrema importância na eletrônica, surgiu no século XX e até hoje está presente em objetos do nosso cotidiano (ex: LEDs), por ser um elemento químico de grande abundância e barato. Esse objeto permite a passagem de corrente elétrica por meio da junção de silício em duas faces dopadas e acopladas. O diodo pode ser utilizado como um semicondutor, pois é capaz de permitir ou impedir a passagem de corrente elétrica em diferentes condições (pressão, variação de temperatura, aplicação de campos elétricos/magnéticos), o que é a base para a fabricação de dispositivos como balanças digitais, smartphones, TVs.
Com o aparato antigo e apenas as informações tridimensionais (informações apenas de localização espacial), não era possível distinguir de qual colisão veio cada partícula por isso há a necessidade do novo tipo do sensor semicondutor, UFSD (Ultra Fast Semiconductor Detectors - Detectores Semicondutores Ultra Rápidos) que tem o objetivo de detectar também o instante de chegada de cada partícula no sensor com precisão necessária para o ATLAS distinguir a origem (colisão) de cada partícula . Um dos tipos desse UFSD são o LGAD, um diodo semicondutor, composto por silício dopado.
Lâmina de silício onde os LGAD são fabricados. As placas são fabricadas na China, antes de serem entregues ao ATLAS, depois, as estruturas são recortadas e os sensores (quadrados maiores) são testados e as outras estruturas são distribuídas aos grupos envolvidos na qualificação dos sensores (de diversos países ao redor do mundo) e posteriormente entregues ao ATLAS.
Foto: Guilherme Saito
Além do trabalho desenvolvido para o ATLAS, o doutorando pesquisa o uso desses sensores em outras aplicações. Uma delas, seria a possibilidade de utilizá-los em experimentos no Sírius, acelerador de partículas brasileiro do LNLS (Laboratório Nacional de Luz Síncrotron) em Campinas.
Prédio do Sirius em Campinas. Foto: Bruno Peres/MCTIC (Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações).
O sirius é um acelerador de partículas que acelera elétrons para produção de luz síncrotron. O espectro da radiação inclui o infravermelho, visível, ultravioleta e raios-x. O experimento é utilizado para entender a estrutura atômica e molecular diversas, podendo ter aplicações abrangentes, tanto na área médica, quanto no aprimoramento de materiais de construção civil, ou até na exploração de petróleo.
A aplicação de sua pesquisa com os sensores seria parecida com aquela utilizada pelo ATLAS, porém para a medida de partículas diferentes. O Sirius, diferentemente do ATLAS, recebe luz síncrotron gerada por feixe de elétrons em alta velocidade, e nesse caso, a possível aplicação dos sensores poderia ajudar a distinguir a passagem de pacotes de elétrons provenientes de raios-x.
Placa de circuito impresso com um sensor LGAD de 4 canais desenvolvido no ATLAS como protótipo para o HGTD. Desenvolvida para testes de performance como parte do trabalho de Saito. Esse sistema de testes foi útil para estimar a resolução temporal dos dispositivos; inclusive usando o feixe de raios-X do Sirius.
Foto: Guilherme Saito
A trajetória de Saito mostra a importância do trabalho em equipe realizado pelo CERN e pelos membros do HEPIC. O prêmio evidencia que a campanha bem sucedida foi resultado do trabalho feito em conjunto pelos pesquisadores dos mais diversos países da colaboração, tendo grandes potencialidades para o desenvolvimento da ciência internacional e brasileira!
Por Kelly Matsui Mestranda em Divulgação Científica e Cultural pela Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), Bacharel em Física pela Universidade de São Paulo. Bolsista em Jornalismo Científico pela FAPESP (2020/04867-2), sob orientação de Marcelo Munhoz.
