El Gran Colisionador de Hadrones ha transformado nuestra comprensión de la física desde que comenzó a funcionar en 2008, permitiendo a los investigadores estudiar los componentes fundamentales del universo. A unos 100 metros por debajo de la frontera entre Francia y Suiza, las partículas se aceleran a lo largo de la circunferencia de 27 kilómetros del LHC, alcanzando casi la velocidad de la luz antes de chocar entre sí. El LHC suele describirse como la máquina más grande jamás construida. Y aunque los físicos que realizan experimentos en la instalación tienden a acaparar la mayor parte de la atención, se necesitan cientos de ingenieros y técnicos para mantener el LHC en funcionamiento. Una de esas ingenieras es Irene Degl’Innocenti, que trabaja en electrónica digital en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), que opera el LHC. Como miembro del grupo de instrumentación de haces del CERN, Degl’Innocenti crea electrónica personalizada que mide la posición de los haces de partículas a medida que viajan. Irene Degl’Innocenti Empleador: CERN Ocupación: Ingeniera en electrónica digital Educación: Licenciatura y maestría en ingeniería eléctrica; Doctorado en ingeniería eléctrica, electrónica y de comunicaciones, Universidad de Pisa, en Italia «Es una máquina enorme que hace cosas muy desafiantes, por lo que la cantidad de experiencia necesaria es enorme», dice Degl’Innocenti. La electrónica en la que trabaja constituye solo una pequeña parte de la operación general, algo de lo que Degl’Innocenti es muy consciente cuando desciende a los túneles cavernosos del LHC para instalar o probar su equipo. Pero obtiene una gran satisfacción de trabajar en un esfuerzo tan importante. «Eres parte de algo que es muy grande», dice. «Te sientes parte de esta gran comunidad que intenta comprender lo que realmente está sucediendo en el universo, y eso es muy fascinante». Oportunidades para trabajar en física de altas energías Degl’Innocenti, que creció en Italia, quería ser novelista. Durante la secundaria se inclinó por las humanidades, pero tenía una afinidad natural por las matemáticas, en parte gracias a su madre, que es profesora de ciencias. “Soy una persona muy analítica, y eso siempre ha sido parte de mi mentalidad, pero cuando era pequeña las matemáticas no me resultaban atractivas”, dice Degl’Innocenti. “Me llevó un tiempo darme cuenta de las oportunidades que podían abrirme”. Comenzó a explorar la electrónica alrededor de los 17 años porque parecía la forma más directa de traducir su forma lógica y matemática de pensar en una carrera. En 2011, se inscribió en la Universidad de Pisa, en Italia, donde obtuvo una licenciatura en ingeniería eléctrica en 2014 y continuó sus estudios para obtener una maestría en la misma materia. En ese momento, Degl’Innocenti no tenía idea de que existían oportunidades para que los ingenieros trabajaran en física de alta energía. Pero se enteró de que una compañera de estudios había asistido a una pasantía de verano en Fermilab, el laboratorio de física de participios y aceleradores en Batavia, Illinois. Así que solicitó y ganó una pasantía allí en 2015. Dado que Fermilab y CERN colaboran estrechamente, pudo ayudar a diseñar una placa de procesamiento de datos para el experimento Compact Muon Solenoid del LHC. Luego buscó una pasantía más cerca de casa y descubrió el programa de estudiantes técnicos del CERN, que permite a los estudiantes trabajar en un proyecto a lo largo de un año. Trabajando en el grupo de instrumentación de haces, Degl’Innocenti diseñó un sistema de adquisición digital que se convirtió en la base de su tesis de maestría. Medición de la posición de haces de partículas Después de recibir su maestría en 2017, Degl’Innocenti continuó con un doctorado, también en la Universidad de Pisa. Degl’Innocenti realizó su investigación en la sección de posicionamiento de haces del CERN, que construye equipos para medir la posición de los haces de partículas dentro del complejo de aceleradores del CERN. El LHC tiene aproximadamente 1.000 monitores espaciados alrededor del anillo del acelerador. Cada monitor consta normalmente de dos pares de sensores colocados en lados opuestos del tubo del acelerador, y es posible medir las posiciones horizontales y verticales del haz comparando la intensidad de la señal en cada sensor. El concepto subyacente es simple, dice Degl’Innocenti, pero estas mediciones deben ser precisas. Grupos de partículas pasan a través de los monitores cada 25 nanosegundos, y su posición debe rastrearse con una precisión de 50 micrómetros. «Empezamos a desarrollar un sistema con años de antelación, y luego tiene que funcionar durante un par de décadas». La mayor parte del procesamiento de señales normalmente se realiza en analógico, pero durante su doctorado, se centró en trasladar la mayor parte posible de este trabajo al dominio digital porque los circuitos analógicos son delicados, dice. Deben calibrarse con precisión y su precisión tiende a variar con el tiempo o cuando fluctúan las temperaturas. «Es complejo de mantener», dice. «Se vuelve particularmente complicado cuando tienes 1.000 monitores y están ubicados en un acelerador a 100 metros bajo tierra». Sin embargo, la información se pierde cuando lo analógico se convierte en digital, por lo que Degl’Innocenti analizó el rendimiento de los últimos convertidores analógico-digitales (ADC) e investigó su efecto en las mediciones de posición. Diseño de electrónica de haz-monitor Después de completar su doctorado en ingeniería eléctrica, electrónica y de comunicaciones en 2021, Degl’Innocenti se unió al CERN como investigadora postdoctoral sénior. Dos años más tarde, se convirtió en empleada a tiempo completo allí, aplicando los resultados de su investigación al desarrollo de nuevo hardware. Actualmente, está diseñando un nuevo monitor de posición del haz para la actualización de alta luminosidad del LHC, que se espera que esté terminada en 2028. Este nuevo sistema probablemente utilizará un sistema en chip para albergar la mayor parte de la electrónica, incluidos varios convertidores analógicos a digital (ADC) y una matriz de puertas programables en campo (FPGA) que Degl’Innocenti programará para ejecutar un nuevo algoritmo de procesamiento de señales digitales. Forma parte de un equipo de solo 15 personas que se encargan del diseño, la implementación y el mantenimiento continuo de los monitores de posición del haz del CERN. Por lo tanto, trabaja en estrecha colaboración con los ingenieros que diseñan sensores y software para esos instrumentos y con los físicos que operan el acelerador y establecen los requisitos de los instrumentos. «Comenzamos a desarrollar un sistema con años de anticipación, y luego tiene que funcionar durante un par de décadas», dice Degl’Innocenti. Oportunidades en la física de altas energías La física de altas energías ofrece una variedad de oportunidades interesantes para los ingenieros, dice Degl’Innocenti, que incluyen electrónica de alta precisión, sistemas de vacío y criogenia. «Las máquinas son muy grandes y muy complejas, pero estamos analizando cosas muy pequeñas», dice. «Hay muchos números grandes involucrados tanto a gran escala como también cuando se trata de precisión a pequeña escala». Las habilidades de diseño de FPGA tienen una gran demanda en todo tipo de instalaciones de investigación, y los sistemas integrados también están cobrando importancia, dice Degl’Innocenti. La clave es mantener una mente abierta sobre dónde aplicar sus conocimientos de ingeniería, dice. Nunca pensó que habría oportunidades para personas con su conjunto de habilidades en el CERN. «Siempre verifique qué tecnologías se están utilizando», aconseja. «No se limite a asumir que no será posible trabajar en algún lugar». Este artículo aparece en la edición impresa de agosto de 2024 como «Irene Degl’Innocenti». Artículos de su sitio Artículos relacionados en la Web