Большой Адронный Коллайдер, самый мощный ускоритель частиц на сегодняшний день, в скором времени получит модернизированные чипы для датчиков одного из четырех его основных экспериментов, ALICE (A Large Ion Collider Experiment).
Эти чипы, получившие название SAMPA, были разработаны в бразильском университете Poli-USP и в течение этого года они прошли через программу обширных испытаний, проведенных международной командой экспертов в этой области. Сейчас руководство Европейской организации ядерных исследований CERN дало разрешение на начало крупномасштабного производства этих чипов на мощностях известной компании TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited). И в скором времени эксперимент ALICE получит все 88 тысяч таких чипов, которые будут использованы для переоборудования детекторов этого эксперимента.
Чипы SAMPA будут использованы в двух датчиках эксперимента ALICE, TPC (Time Projection Chamber) и MCH (Muon Chamber). Главная система эксперимента ALICE, основанная на датчике TPC, отслеживает и идентифицирует заряженные частицы, рождающиеся во время столкновений в недрах коллайдера. Датчик состоит из двух вложенных цилиндров, промежуток между которыми заполнен газом. Концы этих цилиндров покрыты сеткой, структура которой разбивает их площадь на 500 тысяч каналов. Каждый чип SAMPA будет обрабатывать данные, получаемые из 32 каналов одновременно. Датчик MCH, предназначенный для обнаружения мюонов, имеет схожую конструкцию с незначительными отклонениями.
Чипы SAMPA послужат заменой чипам, используемым сегодня в датчиках эксперимента ALICE, которые обрабатывают данные от 16 каналов каждый. Обработка данных заключается в определении заряда частицы и сравнении его с эталонными значениями. Все это производится путем преобразования аналогового сигнала в цифровой вид и последующих манипуляций с последовательностями логических 1 и 0. В отличие от старых чипов, чипы SAMPA способны выполнять обе указанные функции одновременно, что позволило увеличить число обрабатываемых каналов с 16 до 32. Это, в свою очередь, позволит увеличить темп регистрации столкновений ядер атомов свинца в 100 раз.
"Сегодня оборудование эксперимента ALICE регистрирует порядка 500 столкновений в секунду" - пишут исследователи, - "Мы рассчитываем, что в 2021 году после модернизации датчики смогут работать в темпе 50 тысяч столкновений секунду. И это даст нам в руки возможность поймать очень редкие явления, такие, как возникновение тяжелых кварков или антиядер легких элементов".
После получения чипов SAMPA с фабрик компании TSMC, каждый из них пройдет через этап индивидуальной проверки, которая будет выполнена специалистами из Швеции. После этого прошедшие проверку чипы будут отправлены в группу технического обеспечения эксперимента ALICE, специалисты которой и займутся их установкой. Согласно планам, весь процесс модернизации датчиков будет проведен за период времени между 2019 и 2020 годами включительно.