El ingeniero del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-Universitat de València) Fernando Carrió Argos ha obtenido el Premio Liberalización de las Telecomunicaciones Doctor 2017, que otorga el Colegio Oficial de Graduados e Ingenieros Técnicos de Telecomunicación (COGITT). En la tesis doctoral premiada, Carrió realiza un nuevo diseño de la electrónica de lectura de los datos que proporciona el calorímetro del experimento ATLAS del LHC, elemento fundamental para determinar la energía de las partículas producidas en las colisiones del acelerador del CERN. Este nuevo sistema es mucho más rápido que el actual, y sirve de base para el que se instalará en la próxima actualización del LHC prevista en 2025, que incrementará considerablemente el número de colisiones. El IFIC es responsable de diseñar, programar y producir este nuevo sistema electrónico.

La tesis “Development of Readout Electronics for the ATLAS Tile Calorimeter at the HL-LHC” fue dirigida por Alberto Valero Biot, del grupo del IFIC que trabaja en el calorímetro hadrónico de ATLAS. Esta es una de las partes fundamentales del mayor experimento del LHC (ATLAS mide 25 metros de alto y tiene más de 7 toneladas de peso), donde las partículas producidas en las colisiones del LHC ‘depositan’ su energía. Estos datos tienen que ser leídos y procesados para identificar las partículas producidas, averiguando así su origen. De esta forma se descubrió el bosón de Higgs en ATLAS y su ‘competidor’, CMS, en 2012.

El actual sistema electrónico del calorímetro de ATLAS transmite datos a 800 megabits por segundo (Mbps) a través de una fibra óptica en cada uno de los 256 módulos que lo componen, con un ancho de banda total de unos 200 gigabits por segundo (Gbps). Así aborda los 40 millones de colisiones por segundo que se producen en el LHC actualmente, una medida del rendimiento de un detector que los físicos llaman ‘luminosidad’. Pero con la mejora prevista en el LHC, el llamado LHC de Alta Luminosidad (HL-LHC, por sus siglas en inglés), se incrementará 10 veces el número de colisiones. Ante esta avalancha de datos esperada, las colaboraciones internacionales que operan los experimentos del LHC desarrollan nuevos sistemas para procesar esta información en cada uno de los subdetectores.

En este contexto se enmarca la tesis de Fernando Carrió, que inició en 2012 tras finalizar el máster en Ingeniería Electrónica en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería (ETSE) de la Universitat de València. Para afrontar el incremento de datos, Carrió ha diseñado un sistema de lectura basado en un protocolo estándar de telecomunicaciones ATCA (Advanced Telecommunications Computing Architecture). Este nuevo diseño, incrementa la velocidad de transmisión de datos (9,6 Gbps) y los canales (16) de cada módulo, por lo que cada uno transmitirá 160 gigabits por segundo, casi la totalidad del sistema actual. En total, la nueva electrónica del calorímetro hadrónico transmitirá unos 40 terabits por segundo.

Además, el nuevo sistema forma parte del proceso por el que el experimento almacena o descarta información de las colisiones según su relevancia para la investigación, conocido como trigger, lo que también implica modificaciones. El sistema utiliza también un protocolo para sincronizar la toma de datos, importante para la validez del resultado final.

Esta tesis ha dado lugar al primer prototipo de tarjeta electrónica de lectura para el calorímetro de ATLAS, Tile PreProcessor Demonstrator (en la imagen), que se ha probado con éxito utilizando haces de partículas en el CERN. Ahora, Carrió trabaja en el diseño final de las tarjetas electrónicas de lectura, Compact Processing Module (CPM), que se instalarán en ATLAS a partir de 2022, tras el tercer ciclo de funcionamiento del LHC (que este año encara el último año de su segundo ciclo para afrontar en 2019 un año de parada técnica). Además del diseño final, el IFIC es el encargado de la programación y producción de gran parte de las 128 tarjetas de lectura, un proyecto con un presupuesto de un millón de euros para el que se requieren contratos con empresas.

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