در اعماق زمین، زیر مرز سوئیس و فرانسه، یک ماشین غولپیکر به نام «برخورددهنده بزرگ هادرون » (LHC) قرار دارد. درون این مجموعه، آشکارسازی به طول ۱۲ متر و قطر ۴ متر به نام ATLAS قرار گرفته است که تلاش میکند با رصد برخورد ذرات با سرعتی نزدیک به نور، به بنیادیترین سوال بشر پاسخ دهد: «جهان از چه چیزی ساخته شده است؟»
کپی لینک
چکیده متنی و پادکست
در اعماق زمین، زیر مرز سوئیس و فرانسه، برخورددهندهی بزرگ هادرونی (Large Hadron Collider یا همان LHC) حجم عظیمی از انرژی و پرتوهای رادیواکتیو آزاد میکند؛ آنقدر شدید که میتواند بیشتر مدارهای الکترونیکی را از کار بیندازد.
در این میان، گروهی از مهندسان دانشگاه کلمبیا تراشههایی بسیار مقاوم و ضد پرتو ساختهاند که اکنون نقشی حیاتی در ثبت دادههای حاصل از برخورد ذرات زیراتمی ایفا میکنند. این تراشههای سفارشیشده که «ADC» نام دارند، نهتنها در محیط خشن و پرخطر سرن دوام میآورند، بلکه در فیلترکردن و دیجیتالیکردن مهمترین برخوردها هم نقش کلیدی دارند و به فیزیکدانان امکان میدهند پدیدههای گریزی چون «بوزون هیگز» را مطالعه کنند.
اما این آزمایشگاه یک مشکل بزرگ دارد: آنقدر قدرتمند است که مغز الکترونیکی خودش را نابود میکند. این برخوردها، گردابهایی از انرژی و تشعشعات رادیواکتیو تولید میکنند که هر مدار الکترونیکی معمولی را در لحظه از کار میاندازد. این یک چالش جدی برای سیستمی است که برای پردازش دادههای حاصل از ۱۸۲,۴۶۸ کانال آشکارساز، به ۳۶۴,۹۳۶ کانال پردازش الکترونیکی (ADC) نیاز دارد.
کپی لینک
وقتی آزمایشگاه خودش را نابود میکند: چالش الکترونیکی LHC
شرایطی که این قطعات الکترونیکی باید در آن کار کنند، چیزی شبیه به یک فیلم علمیتخیلی است:
این تراشهها باید برای حداقل ۱۲ سال به طور مداوم و بدون نقص کار کنند. مهمتر اینکه، پس از نصب، تقریباً هیچ دسترسی برای تعمیر یا تعویض آنها وجود ندارد و حداکثر سالی یک بار میتوان به آنها سر زد. به عبارت ساده، این قطعات باید با منطق «یک بار نصب کن و فراموشش کن» طراحی میشدند.
این قطعات باید با منطق «یک بار نصب کن و فراموشش کن» طراحی میشدند؛ ۱۲ سال کار مداوم بدون امکان تعمیر
علاوهبراین، شدت تشعشعات در این بخش از LHC به قدری بالاست که با میزان تشعشعاتی که یک ماهواره در مدار زمینثابت تجربه میکند، قابل مقایسه است. هر کانال روی تراشه هم باید سیگنالها را با سرعت ۴۰ میلیون بار در ثانیه نمونهبرداری کند تا هیچ اطلاعاتی از برخورد ذرات از دست نرود.
در چنین شرایطی، شرکتهای بزرگ نیمههادی علاقهای به سرمایهگذاری برای تولید تراشههایی چنین تخصصی نداشتند و این موضوع، پیشرفت علم را در یک بنبست طاقتفرسا قرار داده بود.
