Desenho esquemático do acelerador SuperKEKB e do detector Belle II no local onde ocorrerão as colisões de partículas. Crédito:KEK
Uma equipe internacional de pesquisadores anunciou a conclusão da camada mais externa do Detector de vértice de silício (SVD) em 24 de maio, após seis anos de trabalho. O SVD completo será colocado dentro de um dos maiores aceleradores de partículas do Japão ainda este ano.
O SVD atualmente em construção é parte do experimento Belle II, hospedado pela High Energy Accelerator Research Organization (KEK) em Tsukuba, ao norte de Tóquio, que visa buscar a física além do modelo padrão da física de partículas. Embora o modelo padrão tenha ajudado a explicar o comportamento das partículas elementares do universo, faz pouco para explicar outros fenômenos igualmente significativos que moldaram o universo, incluindo a natureza da matéria escura. Se os cientistas querem entender completamente como o universo foi criado, eles devem encontrar uma nova teoria da física de partículas.
O SVD identificará localizações precisas de partículas com precisão de 35 micrômetros. Os pesquisadores vão analisar as partículas criadas pela colisão de partículas dentro do acelerador de partículas SuperKEKB recém-atualizado da KEK. Se existir alguma partícula não descoberta, eles devem aparecer em locais não previstos pelas teorias atuais.
O alto desempenho do detector se deve ao seu design inovador e à alta precisão mecânica alcançada pelos pesquisadores que o construíram, incluindo a equipe do Instituto Kavli de Física e Matemática do universo (Kavli IPMU), que vêm construindo a camada mais externa do SVD desde 2012.
O SVD será colocado no centro do detector Belle II. Bem no centro, colorido em vermelho, é o detector de silício pixelado. Os componentes amarelos circundantes são as quatro camadas que constituem o SVD. Os pesquisadores do Kavli IPMU construíram a quarta camada mais externa. As instalações em Kavli IPMU também foram usadas pelos pesquisadores indianos para construir parte da segunda camada do SVD. Crédito:Belle II Collaboration / Rey.Hori
O SVD é composto por 16 escadas que se sobrepõem para criar sua forma de lanterna característica, cada escada atuando como um sensor para determinar a localização de uma partícula. As escadas são construídas usando sensores de silício semicondutores retangulares ou trapezoidais, e cada um tem 512 tiras cortadas ao longo de sua parte frontal, e 768 tiras cortadas ao longo de sua parte traseira. Quando uma partícula passa pelo SVD, sua localização é registrada por um sinal elétrico liberado das tiras mais próximas do ponto de contato.
Embora o design pareça simples o suficiente, a equipe do Kavli IPMU, liderado pelo professor associado Takeo Higuchi, teve que superar uma montanha de desafios, como desenvolver e construir gabaritos especificamente adaptados para montagem de escada, estabelecer procedimentos para controlar a viscosidade da cola, e desenvolver um procedimento preciso de ligação de fios elétricos que pudesse garantir alta eficiência e força de tração.
Um SVD parcialmente concluído mostrando oito escadas montadas juntas como uma lanterna. A escada dobra para dentro, tornando-se menor, permitindo que o SVD cubra mais área em torno de uma colisão de partículas do que um sensor cilíndrico convencional. Crédito:Colaboração Belle II
Em 2016, a equipe havia criado um protótipo de escada, mas um protocolo mais rigoroso teve que ser introduzido para produzir as 15 escadas SVD restantes e três peças sobressalentes. Isso incluiu o aumento do uso de equipamentos da máquina para manter a alta qualidade e minimizar o erro humano, o desenvolvimento de um manual de 100 páginas, vários pontos de verificação espalhados por todo o período de desenvolvimento para garantir que quaisquer erros possam ser identificados rapidamente, registro detalhado de quando e onde as peças de construção foram compradas e enviadas, e treinamento de pesquisadores para se tornarem profissionais de construção de escadas SVD.
O SVD está programado para ser colocado no SuperKEKB em novembro deste ano, com a esperança de iniciar a análise de dados em fevereiro de 2019.
Esquema de uma escada individual. O circuito integrado de leitura foi colocado na parte superior do sensor, em oposição à borda. Este design de “chip no sensor” foi desenvolvido para minimizar a fiação elétrica e reduzir o ruído. Os círculos vermelhos indicam áreas onde o circuito flexível de fanout foi dobrado como origami (chamado de “conceito de origami”) para que os sinais na parte traseira do circuito pudessem ser lidos. Crédito:Colaboração Belle II 
