Docente del Balseiro colaboró en el desarrollo de un chip para Fermilab

Docente del Balseiro colaboró en el desarrollo de un chip para Fermilab

Un joven docente del Instituto Balseiro participó en el diseño y puesta en funcionamiento de un novedoso chip. El trabajo forma parte de una colaboración con Fermilab, de los Estados Unidos. Y la colaboración incluyó un viaje a ese mítico centro por cuatro meses.

Fabricio Alcalde Bessia tiene 36 años y se recibió de Doctor en Ciencias de la Ingeniería en el Instituto Balseiro un día antes de la declaración del aislamiento obligatorio debido a la pandemia de COVI-19, en marzo de 2020. El docente del Balseiro, que es becario posdoctoral de la División de Dispositivos y Sensores de la Gerencia de Física del Centro Atómico Bariloche, no se quedó de brazos cruzados.

Poco tiempo después, comenzó a colaborar de forma remota, como parte de su postdoctorado, con “Fermi National Accelerator Laboratory” o FNAL, más conocido como Fermilab, de los Estados Unidos.

El Fermilab es uno de los laboratorios de física de altas energías más prestigiosos del mundo. Está ubicado en Illinois, Estados Unidos y tiene aceleradores de partículas muy poderosos. Con esas gigantescas máquinas se busca responder preguntas de la naturaleza vinculadas con el origen del universo, las partículas elementales de la materia y hasta fenómenos como la materia oscura y la energía oscura.

Alcalde Bessia, que también trabaja en el Instituto de Nanociencia y Nanotecnología (CONICET-CNEA), participó en el diseño y puesta en funcionamiento un nuevo chip, llamado “circuito integrado o ASIC”, que sirve para para la lectura de detectores de “electrón único”. En otras palabras, colaboró en el desarrollo de un chip que permite realizar imágenes cuánticas.

Por su trabajo, fue invitado a viajar a ese mítico centro de investigación en agosto y estuvo allí por cuatro meses. La noticia salió como destacada en el boletín de noticias de Fermilab hace pocos días.

Una pandemia, un chip

“En abril de 2020 empecé el postdoctorado de CONICET en el CAB y continué trabajando con un circuito integrado detector de radiación que había desarrollado durante mi doctorado. En julio de ese año me contactó un compañero para preguntarme si quería colaborar en el diseño de un chip junto al grupo de ASICs de Fermilab”, cuenta Alcalde Bessia, que es además Ingeniero en electrónica por la Universidad de Buenos Aires.

El Doctor en Ciencias de la Ingeniería por el Instituto Balseiro (institución dependiente de la Comisión Nacional de Energía Atómica y la Universidad Nacional de Cuyo) trabajó de forma remota, desde su casa, desde agosto de 2020 hasta marzo de 2021. Ese mismo mes se envió a fabricar el diseño.

“Fue mi primera experiencia de colaboración a distancia en el diseño de circuitos integrados. Había hecho otros chips, pero en esos casos la mayor parte del trabajo la había hecho solo. Finalmente, durante los últimos cuatro meses estuve de visita en Fermilab probando el primer prototipo”, cuenta.

¿De qué se trata el desarrollo o la investigación en la que participó en Fermilab? “Participé del diseño y las pruebas del circuito integrado MIDNA. Se trata de un chip fabricado en una tecnología CMOS de 65 nm, de las que se usan para fabricar chip de computadoras y celulares, que sirve para leer sensores de partículas de tipo skipper-CCD”, cuenta el ingeniero.

“Estos sensores se usan actualmente en varios experimentos de física de partículas y astronomía porque son muy sensibles y permiten detectar interacciones muy débiles. Son tan sensibles que permiten contar electrones de a uno con mucha precisión”, agrega Alcalde Bessia.

“La idea de Juan Estrada, nuestro colega argentino que trabaja en Fermilab, junto a físicos de otras instituciones es utilizar estos sensores para detectar y analizar la naturaleza de la materia oscura, y para eso están sentando las bases del futuro experimento OSCURA”, detalla el investigador. Y agrega que Estrada, que es egresado de la Licenciatura en Física del Instituto Balseiro recibió, a principios de 2021, el “Instrumentation Award” de la División de Partículas y Campos de la American Physical Society por su trabajo.

El ingeniero explica además que para lograr una alta sensibilidad, el experimento necesita “24 mil sensores skipper-CCD, todos funcionando en simultáneo dentro de una cámara térmica a temperatura de nitrógeno líquido (-190°C)”. Y destaca que leer esa cantidad de sensores con los sistemas que se utilizan actualmente sería imposible, por la cantidad de cables, el ruido (las señales son débiles) y la energía que gastaría el conjunto.

“Ahí es donde entra el circuito integrado MIDNA. El chip está diseñado para trabajar a temperatura de nitrógeno líquido y se puede colocar junto a cada uno de los 24 mil sensores. Esto permite procesar la señal del sensor los más cerca posible del mismo y luego llevar esos datos hacia el exterior de la cámara térmica”, explica.

¿Y cuál es el aporte que se hizo desde Bariloche? “Mi aporte desde Bariloche fue durante la etapa de diseño, trabajando en forma remota. El diseño incluye pensar y simular los circuitos, y después 'dibujarlos' para que la fábrica los pueda hacer en silicio”, cuenta Bessia. Y agrega que en Fermilab luego “pudieron demostrar que el primer prototipo del chip MIDNA funciona, que permite leer un skipper-CCD funcionando a baja temperatura y que fue posible contar electrones”.

Alcalde Bessia agrega que aún falta trabajo por hacer, incluso ya se piensa en fabricar una segunda versión. “Pero es un gran logro para dentro de unos años poder tener el experimento OSCURA funcionando”, dice.

Pasión por la ingeniería electrónica

Ante la consulta de qué es lo que más le gusta de su campo de trabajo, Alcalde Bessia responde al Área de Comunicación Institucional y Prensa del Balseiro: “Una cosa que me gusta mucho de la electrónica es que ‘permite’ realizar o ‘habilita’ a realizar otros proyectos más grandes. Sin electrónica la vida moderna no existiría como la conocemos. Desde que tengo memoria que me gusta la electricidad y la electrónica. De chico jugaba a arreglar los cables de la casa... Por suerte nunca me electrocuté”, reflexiona.

“Lo que más me gusta de la ingeniería es llevar adelante una idea, explorar distintos caminos y llevar las ideas a la práctica. Ver funcionando lo que uno hace lo llena a uno de orgullo”, agrega el joven.

Con respecto a su formación en el Balseiro, Alcalde Bessia comenta: “Mi formación en el Balseiro fue complementaria a la que recibí en la UBA, las dos muy buenas y de calidad. En particular en el Instituto Balseiro aprendí sobre detectores de radiación, uso y manejo seguro de fuentes radioactivas y pude realizar experimentos en instalaciones nucleares. Un aspecto importante es que durante el doctorado el IB me permitió establecer colaboraciones internacionales y me apoyó con becas de viaje”, concluye.

El Instituto Balseiro comunicó hace pocos días sus nuevas fechas de inscripciones para sus carreras de grado y maestrías en física e ingeniería. Abrirá nuevas inscripciones el 24 de enero de 2022 y las mismas estarán abiertas hasta el 4 de marzo a las 17 hs para residentes en Argentina; y para quienes viven en el extranjero, hasta el 18 de febrero por cuestiones de logística. El examen de ingreso se realizará el 18 de marzo en distintas ciudades. Más información: www.ib.edu.ar

Por Área de Comunicación y Prensa del Instituto Balseiro

Crédito foto: Gentileza Alcalde Bessia.

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