به گزارش خبرگزاری ایمنا و به نقل از ساینسدیلی، در اعماق مرز فرانسه و سوئیس، جایی که شتابدهنده بزرگ هادرون (LHC) ذرات را با سرعتی نزدیک به نور به هم برخورد میدهد، تشعشعات شدید الکترونیکهای معمولی را نابود میکنند اما اکنون، یک تیم از مهندسان دانشگاه کلمبیا موفق به ساخت تراشههایی شدهاند که در برابر این شرایط فوقالعاده خشن مقاوم هستند و میتوانند سیگنالهای حیاتی را از برخورد ذرات ثبت و دیجیتالی کنند؛ تراشههای جدید (که شامل مبدلهای آنالوگ به دیجیتال (ADC) هستند) در آشکارساز ATLAS نصب شدهاند و به فیزیکدانان کمک میکنند تا پدیدههایی نظیر بوزون هیگز را با دقتی بیسابقه بررسی کنند.
به گفته «پیتر کینگت»، استاد مهندسی برق دانشگاه کلمبیا، «کشفهای بعدی در LHC با یک تراشه ساخت کلمبیا آغاز و با تراشهای دیگر از همین تیم اندازهگیری خواهد شد.»
مهندسی در خدمت فیزیک بنیادی
این پروژه حاصل همکاری نزدیک میان فیزیکدانان و مهندسان در دانشگاههای کلمبیا و تگزاس است و مقاله جدید آن در ژوئیه ۲۰۲۵ در IEEE Open Journal of the Solid-State Circuits Society منتشر شده است، تراشههای ADC طراحیشده، سیگنالهای الکتریکی تولیدشده توسط برخورد ذرات را به دادههای دیجیتال تبدیل میکنند.
این دادهها سپس توسط فیزیکدانان برای بررسی ساختار ماده و نیرویهای بنیادی تحلیل میشود، در سیستم کالوریمتر مایع آرگون ATLAS، پالسهای الکتریکی ناشی از برخوردها با دقت ثبت میشوند. تراشههای ساخت کلمبیا این سیگنالهای ظریف را با دقت بالا به دادههای دیجیتال تبدیل میکنند؛ کاری که هیچ قطعه تجاری موجود قادر به انجام آن نبوده است.
مقاومت بالا در برابر تابشهای شدید
تراشهها نه با فناوری ساخت خاص، بلکه با استفاده از فرایندهای استاندارد نیمههادی که توسط CERN تأیید شدهاند، تولید شدهاند، این تیم با دقت در انتخاب و چینش اجزای مداری، توانسته تراشههایی بسازد که در برابر آسیبهای ناشی از تابش مقاومت فوقالعادهای دارند و حتی در صورت بروز خطا، سیستم دیجیتال تعبیهشده، بهصورت لحظهای آن را شناسایی و اصلاح میکند.
«ری ژو»، دانشجوی دکتری مهندسی برق در دانشگاه کلمبیا میگوید: قطعات تجاری را آزمایش کردیم و همهشان از کار افتادند، تنها راه، طراحی اختصاصی بود.
دو تراشه کلیدی در LHC
تاکنون دو نوع تراشه طراحیشده توسط این تیم وارد فاز بهرهبرداری شدهاند:
-
تراشه Trigger ADC که از سال ۲۰۱۷ توسعه یافته و در ۲۰۲۲ تأیید شده است، هماکنون در CERN بهعنوان دروازهبان دیجیتال عمل میکند. این تراشه از میان حدود یک میلیارد برخورد در هر ثانیه، تنها برخوردهای علمی ارزشمند را انتخاب و ذخیره میکند.
-
تراشه Data Acquisition ADC که بهتازگی آزمایشهای نهایی را پشت سر گذاشته، بهزودی در مرحله ارتقای بعدی LHC نصب میشود. این تراشه سیگنالهای انتخابشده را با دقت بینظیر دیجیتالی کرده و به کشف ویژگیهای ناشناخته ذرات بنیادی کمک میکند.
همکاری گسترده علمی و تأمین مالی بینالمللی
این پروژه با حمایت بنیاد ملی علوم آمریکا (NSF) و وزارت انرژی ایالات متحده و با همکاری آزمایشگاه Nevis در دانشگاه کلمبیا انجام شده است، دانشگاه تگزاس نیز در طراحی تراشهها نقش داشته است، همکاری میان فیزیکدانان و مهندسان، بخش حیاتی موفقیت این پروژه بهشمار میرود.
به گفته ژو، «فرصت برای یک مهندس که بتواند بهطور مستقیم در پیشرفت علم بنیادی مشارکت کند، واقعاً منحصربهفرد است.»
نظر شما