Čip ADC pro detektor ATLAS. Kredit: R. Xu.

Momentálně nejvýkonnější srážeč částic světa LHC v evropském CERN stojí v první linii řešení základních otázek fyziky a celého vesmíru. V jeho útrobách hluboko pod zemí se odehrává zhruba 400 milionů srážek za sekundu nebo spíše doposud odehrávalo. LHC prochází dalšími upgrady a bude z něj High Luminosity-LHC, v němž bude probíhat asi 1,5 miliard srážek částic za sekundu.

Rui Xu. Kredit: R. Xu.

Analyzovat takovou tsunami dat není úplně jednoduché. Dosavadní vybavení LHC na to nestačí. Rui Xu z Columbia University a jeho kolegové vyvinuli nový čip, který to zvládne. Jejich instalace se stane součástí upgradu LHC. Jde o čip, který je určený pro ikonický detektor ATLAS. Jak říkají badatelé, ATLAS je jako gigantická 3D kamera, která sází jeden „snímek“ za druhým velikou rychlostí. Tyto snímky, tedy soubory ohromného množství dat je nutné nejprve „prosít“ aby bylo možné se zaměřit na to podstatné.

Masivní detektor ATLAS.

Za tento krok zodpovídají čipy ADC (analog-to-digital converter), které konvertují analogové signály z detektoru ATLAS na digitální. Nové čipy by měly prosívat data detektoru ATLAS podstatně intenzivněji.

Problém je v tom, že se čipy ADC nacházejí v těsné blízkosti míst, kde se obrovskou rychlostí řítí a sráží částice. Jde o prostředí, které je jedním z nejvíce extrémních na planetě i v okolním vesmíru. Vzniká tam spousta tvrdého záření. Xu předpokládá, že záření, které čipy během své plánované životnosti v detektoru ATLAS schytají, zhruba odpovídá tomu, co zažije satelit za osm let na vysoké orbitě Země. Čipy pro ATLAS tohle musejí vydržet. Mají kvůli tomu trojité jištění.

Jak dramaticky líčí Xu, nejprve testovali komerčně dostupné komponenty. „Shořely“ jako papír. Brzy přišli na to, že pokud chtějí doopravdy odolný čip, budou si ho muset sami vyrobit. Když měli čipy hotové, důkladně je smažili s medicínskými přístroji nemocnice v Bostonu. Design čipu ADC obstál se ctí. V rámci dalšího upgradu LHC, který by měl být zahájen v roce 2026, se tyto čipy stanou součástí detektoru ATLAS.

Video: High-Luminosity LHC: a new Superconducting system is taking shape

Literatura

IEEE Spectrum 10. 8. 2025.

Columbia Engineering 24. 7. 2025.

IEEE Open Journal of the Solid-State Circuits Society 5: 180–199.