Publicado por kmatsui em ter, 09/06/2026 - 19:25
Engenheiros e Físicos da USP desenvolvem projetos de alta complexidade que transformam o Brasil em protagonista na instrumentação do maior experimento de física de partículas do mundo.
Imagem: foto da sala limpa onde os sensores Diodo PIN e Diodo MOS estão sendo produzidos pelos pesquisadores do LSI.
Enquanto o Grande Colisor de Hádrons (LHC), na fronteira entre a França e a Suíça, pausa suas atividades de colisão de prótons, uma tecnologia com "DNA" brasileiro vem sendo desenvolvida para a nova fase do experimento, prevista para 2030.
Em entrevista ao HEPIC, Bruno Sanches, professor e pesquisador da Escola Politécnica da USP, compartilha os projetos que estão sendo feitos e que têm a marca de mais de uma década de colaboração com pesquisadores do HEPIC para a resolução de desafios no maior experimento de Física do mundo, o LHC.
Um projeto de circuitos integrados é como um projeto para construção de uma maquete de uma cidade em funcionamento. É preciso desenvolver as casas, as ruas que as interligam e a lógica por trás, como tudo irá funcionar, como as luzes ligam e como os carros se movimentam. Nesse caso, é preciso saber como serão fabricados os chips, que informações terão lá dentro, como cada componente se liga, até chegar na ligação do próprio Hardware com o Software**. Em escalas menores, em uma “micro cidade”, esse sistema é chamado de microeletrônica, campo que está presente em nosso dia a dia, de smartphones e computadores a videogames. Mas não para por aí, a microeletrônica é extremamente importante para os avanços na ciência, em especial para experimentos de alta precisão.
**Hardware é toda a parte física e palpável de um dispositivo eletrônico, o que podemos “ver e tocar” e o software é a parte lógica, os programas, aplicativos e sistemas operacionais que dizem ao hardware o que fazer.
De São Paulo para o mundo: Do desenvolvimento do SAMPA ao SALSA
A colaboração da Escola Politécnica com o Instituto de Física, que desenvolve tecnologias para experimentos da física de partículas, começou em 2012, quando a microeletrônica eletrônica brasileira ganhou destaque com o projeto SAMPA (Serialized Analog-digital Multi-Purpose ASIC* - ASIC* serializado analógico-digital multifuncional). Este chip, que homenageia a cidade de São Paulo, foi um desafio de integração sem precedentes pois reuniu em um único dispositivo diversas funções, resultando em um sistema menos denso e mais eficiente energeticamente.
*Por ser dedicado a uma única tarefa, esse tipo de circuito integrado é muito mais rápido e eficiente que chips de uso geral.
Por volta de 2020 dezenas de milhares de unidades foram fabricadas e instaladas no experimento ALICE, projetado para estudar a física da matéria fortemente interagente em densidades de energia extremas, onde se forma uma fase da matéria chamada plasma de quarks e glúons. Agora, os pesquisadores da Escola Politécnica preparam o salto seguinte: o chip Salsa. Projetado para ser mais rápido e com mais funções integradas, tendo o dobro do número de canais de leitura em comparação ao seu antecessor. Essa evolução é crucial para lidar com a densidade massiva de dados gerada nos novos estágios de operação do LHC.
"Pixels Inteligentes" e Câmeras enormes no LHC
Mais recentemente, essa colaboração entre engenheiros e físicos iniciou estudos também com os sensores de radiação de alta energia, chamada de radiação ionizante, como raio-X e partículas carregadas. Em sua nova fase, a colaboração tem como objetivo contribuir com o desenvolvimento de um novo sistema de detetores do experimento ALICE . Serão utilizados duas tecnologias que de detecção da radiação ionizante: os MAPs (Monolithic Active Pixel Sensors) e os LGAD (Low Gain Avalanche Detectors), sensores compostos por silício dopado.
Imagem: ALICE 3 - um experimento de próxima geração para o Run 5 do LHC, nas camadas internas do detector, temos o “TOF”. Créditos: CERN https://alice-collaboration.web.cern.ch/menu_proj_items/ALICE-3]
O sistema para o qual os engenheiros e físicos brasileiros estão contribuindo é o Time of Flight (TOF), um componente vital da nova atualização do experimento ALICE prevista para o Run 5 do LHC em 2035, chamada de ALICE 3. Essa nova versão do experimento ALICE será composta predominantemente com sensores de silício, funcionando como uma imensa câmara digital. O TOF, em particular, identificará o tempo que uma partícula leva para viajar entre dois pontos conhecidos por meio dos sensores que os grupos brasileiros estão ajudando a desenvolver. Esses dados permitem que cientistas determinem a massa da partícula combinando essa informação com o momento medido através de outros sistemas de deteção.
Imagem: Wafer de LGAD, um disco fino de material semicondutor, onde estão construídos milhares de microssensores eletrônicos. Esse tipo de sensor é semicondutor de radiação ionizante.
Ao integrar as tecnologias do LGAD e do MAPs, será possível ter uma coleta de dados ainda mais poderosa. O LGAD, ao detectar uma partícula, gera um sinal intenso e rápido, com a vantagem de oferecer uma alta precisão sobre o tempo em que uma partícula o atinge. Já o MAPs fornece dados sobre a posição em alta precisão das partículas.
Imagem: O detector de tiras Multigap Resistive Plate Chamber (MRPC) é a unidade básica do detector ALICE em sua versão atual, tem uma resolução menos precisa, composto de material mais espesso e pesado do que o projetado para sua nova versão. É um tipo de detector de radiação por meio de gás, onde placas são empilhadas criando espaços preenchidos por gases, quando uma partícula passa pelo detector, ioniza o gás, criando um efeito cascata (ou avalanche) e esse sinal é lido pelas placas. Crédito: ALICE CERN. Link: https://alice-collaboration.web.cern.ch/menu_proj_items/tof
A "Receita" brasileira para o desenvolvimento de tecnologias
Um dos pontos mais estratégicos dessa iniciativa é o foco no design desses circuitos integrados . Bruno Sanches, compara o design de chips a uma “receita de bolo”, que pode ser usada em qualquer “cozinha”. Ao focar no design do chip, o conhecimento gerado ao desenvolver os circuitos através de softwares e simulações na USP trás uma grande autonomia ao país, visto que esse mesmo conhecimento pode ser usado para diferentes aplicações. A produção em si do chip acaba sendo realizada em outras partes do mundo, mas esse conhecimento permite o acesso a tecnologias de ponta sem a necessidade de grandes investimentos financeiros em infraestrutura.
"Esses chips não existem no mercado", explica o pesquisador. Experimentos de física de partículas no CERN, por exemplo, exigem chips projetados sob medida e otimizados para condições extremas, algo que nenhum produto padrão consegue oferecer.
Embora o CERN seja o destino principal desses chips, a produção tecnológica transborda para o cotidiano. "Mesmo que o chip específico não seja usado no dia a dia, o acesso à tecnologia e o jeito de fazer habilitam o engenheiro brasileiro para o futuro", conclui Bruno Sanches, reforçando que a parceria USP-CERN é, acima de tudo, um investimento na soberania tecnológica do Brasil.
O grupo de pesquisa central nessas iniciativas chama-se DMPSV (Divisão de Metodologia de Projetos de Sistemas VLSI), que está sediado no LSI (Laboratório de Sistemas Integráveis) do Departamento de Engenharia Eletrônica da Escola Politécnica da USP.
