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Un sistema pionero de detección de partículas genera técnicas de lectura de alta tecnología y tecnologías de computación en la nube

Las aplicaciones punteras en materia de física u obtención de imágenes médicas, por nombrar dos ejemplos, se basan cada vez más en la detección de partículas y con los procesos de extracción y análisis de datos. Investigadores financiados con fondos europeos han ampliado las fronteras del conocimiento en este campo y generado un acceso más sencillo al mismo para los organismos de menor tamaño.

Investigación fundamental

Los aceleradores de partículas y los detectores contribuyen a entender la naturaleza fundamental del universo. El Colisionador de Electrones y Positrones de Pekín (BEPCII) en el que está instalado el espectrómetro de Pekín (BESIII) y su detector Registrador Interno (IT) es uno de los experimentos continuos más importantes para la física de partículas. Sin embargo, tras más de un decenio en marcha, BESIII IT necesita una actualización. Gracias al apoyo del programa Marie Skłodowska-Curie, el proyecto financiado con fondos europeos BESIIICGEM se puso manos a la obra. Un obstáculo que condujo a una gran innovación BESIIICGEM se dedicó al desarrollo de un detector CGEM-IT (Cylindrical Gas Electron Multiplier Inner Tracker) para BESIII. A la vanguardia de la detección de partículas había solo un CGEM-IT en funcionamiento en dicho momento que operaba en un campo magnético de medio tesla. Tal como explica el profesor Marco Maggiora, coordinador del proyecto: «La consecución de un prototipo pionero dio lugar a un descubrimiento desconcertante. La tecnología GEM no servía para campos magnéticos grandes (superiores a 0,5 T). Este hecho fue un duro golpe que podría haber acabado con la iniciativa. Básicamente, el CGEM-IT habría sido inútil». En lugar de tirar la toalla, el equipo rediseñó completamente el plan y los plazos del proyecto, y, tras la introducción de un retraso de dos años, se lograron innovaciones importantes que, de manera fortuita, han tenido un gran valor en aplicaciones sorprendentes. Tecnologías versátiles de aprovechamiento de datos y detección de partículas Los campos magnéticos grandes perturban la simetría espacial de la «avalancha» de partículas de los detectores GEM, lo que reduce su resolución. BESIIICGEM desarrolló un CGEM-IT que cuenta con tres capas de GEM triples cilíndricos que ejercen como detectores TPC (Time Projection Chamber individuales, y con una electrónica innovadora específica (FEE) para interpretar sus señales. Al hacer una lectura de un GEM como TPC, se aprovecha la información temporal precisa del FEE, lo cual permite realizar una reconstrucción muy precisa de la trayectoria de las partículas, incluso en campos magnéticos muy grandes. La clave residió por tanto en la lectura. El equipo desarrolló el circuito integrado hecho a medida y específico para la aplicación (ASIC) TIGER (Turin Integrated Gem Electronics for Readout), fundamental para el FEE y uno de los principales logros del proyecto. BESIIICGEM estudia el uso de TIGER para hacer lecturas en otros tipos de detectores y sensores para aplicaciones médicas, satelitales y de otra índole. Las aplicaciones médicas se han multiplicado a toda velocidad. Tal como estaba planeado, los socios propusieron técnicas de computación avanzada para abordar la enorme cantidad de datos generada. Compartir el conocimiento Las técnicas en las que se basa la lectura TCP de los detectores GEM se han difundido ampliamente y adoptado en otros ejercicios experimentales. TIGER es un logro que ofrece gran valor añadido y BESIIICGEM ha puesto TIGER a disposición de otros colaboradores a cambio de una aportación relativamente baja que cubre los gastos de uso. Para lograr que las técnicas de computación de alta tecnología estén a disposición de organizaciones de menor tamaño sin grandes plantillas o sin conocimientos de computación en nube, se desarrollaron herramientas «automáticas» sencillas con las que instalar y gestionar infraestructuras de (micro)-nube. Las herramientas, distribuidas en dispositivos USB, ya las utilizan varios colaboradores académicos y pronto podrían aumentar la competitividad de pequeñas y medianas empresas (pymes). El consorcio y sus nuevos socios han solicitado otra subvención para aprovechar el impulso de este primer proyecto. Los resultados de BESIIICGEM van más allá de la física de partículas y poseen aplicaciones en campos como la obtención de imágenes médicas o la seguridad nacional.

Palabras clave

BESIIICGEM, Cylindrical Gas Electron Multiplier (CGEM-IT), detección, detección de partículas, campo magnético, computación, espectrómetro de Pekín (BESIII), nube, lectura, TIGER, ASIC, física, imágenes médicas

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