Chegar no horário é importante - basta perguntar ao amigo leporino de Lewis Carroll - e um grupo que sabe disso mais do que a maioria são os físicos de partículas, cujo trabalho gira em torno de manter o controle de manchas de matéria na velocidade da luz.

Como aceleradores de partículas e experimentos se tornaram cada vez mais complexos e coreografados ao longo das décadas, a tecnologia nos bastidores teve que inovar para acompanhar. Um exemplo é o Coelho Branco, um sistema inteligente de sincronização e transferência de dados que desempenha um papel fundamental na física de partículas moderna.

"Estamos sempre levando nossos experimentos para precisões cada vez mais altas, "disse Angela Fava, cientista do detector de neutrinos ICARUS do Fermilab e parte da equipe que explora o Coelho Branco no Fermilab. "White Rabbit é realmente útil porque pode atingir precisões de tempo abaixo de um bilionésimo de segundo."

Manter o tempo

Em aceleradores de partículas modernos, muitos componentes separados devem ser ativados em sequência em tempo hábil para identificar e rastrear as partículas que passam na velocidade da luz. Isso requer uma sincronização muito precisa e sistemas de tempo para determinar quando esses eventos devem ocorrer - um cronômetro de ovo não vai cortá-lo aqui.

Até recentemente, esse tempo geralmente foi alcançado com dispositivos que são conectados em equipamentos experimentais, como o sistema General Machine Timing (GMT) no CERN. Mas GMT tem limitações, incluindo uma baixa largura de banda de dados, a capacidade de enviar sinais apenas de uma maneira pela rede, e uma incapacidade de autocalibração - para calcular internamente quanto tempo um sinal levou para viajar - o que resulta em erros de temporização.

À medida que os experimentos crescem em complexidade e exigem coordenação de nanossegundos, os físicos ficaram com a necessidade de um sistema único que possa fornecer a sincronização de tempo necessária e ainda ser compatível com sistemas de várias fontes e fornecedores que já existem.

A solução é White Rabbit, um sistema de código aberto que se baseia em tecnologia Ethernet comum e acessível - a mesma tecnologia por trás do acesso à Internet com fio. O sistema funciona como uma rede de computadores cotidiana, também, com placas de circuito chamadas de "nós, "controlada por um programa especialmente escrito.

Até cerca de 1, 000 nós podem ser ligados em uma rede White Rabbit, todos conectados entre si por uma teia de fibras ópticas - de até 10 quilômetros de extensão - para troca de informações. Conforme a tecnologia se desenvolve, o sistema provavelmente será capaz de suportar ainda mais nós separados por distâncias maiores.

Uma vez que o tempo preciso é tão importante em experimentos modernos, O poder do Coelho Branco vem em sua capacidade de se manter sincronizado, não importa o comprimento do cabo entre os nós ou outros fatores externos. Mesmo mudanças relativamente pequenas na temperatura do cabo podem afetar o tempo de viagem na escala de nanossegundos, por exemplo.

Um sistema White Rabbit funciona como uma hierarquia, onde um dos nós em uma rede é designado como "mestre" e é responsável por manter todos os outros nós sob controle. O tempo externo é alimentado no mestre a partir de osciladores atômicos de alta precisão via satélites GPS em órbita, a mesma tecnologia em que se baseia a navegação do Google Maps.

Esta hora exata é digitalmente anexada a blips de dados - que, por exemplo, incluem instruções de controle para aceleradores - que voam constantemente pela rede. Ao enviar as marcas de tempo para frente e para trás entre os nós, que GMT não é capaz de fazer, o sistema pode calcular os atrasos de tempo que leva para os dados viajarem pelos cabos e corrigi-los, mantendo todos os nós em sincronização com o tempo correto e garantindo que os eventos experimentais sejam mantidos coordenados.

Fava e a cientista Donatella Torretta, junto com William Badgett no Fermilab, estão trabalhando atualmente na instalação do White Rabbit em alguns dos experimentos do Fermilab, incluindo o Programa de Neutrino de Linha de Base Curta (SBN), que estudará neutrinos - minúsculos, partículas elusivas. O primeiro uso do White Rabbit na América do Norte, o sistema pode ser usado para marcar o tempo dos neutrinos desde sua produção na fonte do feixe até o detector no final do experimento.

No detector SBN ICARUS, O Coelho Branco também pode ser usado para obter uma marcação extremamente precisa de partículas cósmicas indesejadas que vêm do espaço e atrapalham o experimento, potencialmente escondendo as assinaturas de neutrino.

"Seria possível executar o ICARUS sem o White Rabbit, mas é muito mais fácil se o usarmos, "disse Fava." E tudo em tempo real também, assim, economiza em nossa capacidade de computação e armazenamento. "

O Coelho Branco foi concebido por volta de 2008 como uma colaboração internacional entre o CERN, o GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research na Alemanha, e outros parceiros, e foi introduzido para aumentar as habilidades do Large Hadron Collider.

Do começo, a colaboração tornou o hardware e o software do sistema de cronometragem abertamente disponíveis para qualquer pessoa em todo o mundo. O equipamento físico pode ser adquirido de fornecedores comerciais, enquanto o software é totalmente gratuito e facilmente acessível online.

"Todos se beneficiam quando a ciência está aberta, "disse Torretta, que aprendeu sobre o Coelho Branco em uma oficina de demonstração no CERN. "À medida que a tecnologia se desenvolve, está se tornando cada vez mais popular. "

Desde então, Torretta participou de outros workshops para aprender mais, incluindo um recentemente em Barcelona, que foi organizado por especialistas do White Rabbit do CERN.

A equipe de desenvolvimento do CERN também se preocupou em garantir que o design fosse o mais geral possível, de modo a permitir uma ampla gama de aplicações práticas para a tecnologia, inclusive fora da ciência. Um grupo na Holanda até usou o White Rabbit para transmitir a hora oficial entre as cidades holandesas com precisões de nanossegundos.