Fabricio Alcalde Bessia, es doctor en Ciencias de la Ingeniería por el Instituto Balseiro e ingeniero en Electrónica por la UBA. Desde hace meses trabaja en el desarrollo de un novedoso circuito integrado, en colaboración con el Fermilab de Estados Unidos. La tarea incluyó la visita del profesional al mítico centro.

El joven docente tiene 36 años y se recibió de doctor un día antes de la declaración del aislamiento obligatorio debido a la pandemia de COVI-19, en marzo de 2020. Es becario posdoctoral de la División de Dispositivos y Sensores de la Gerencia de Física del Centro Atómico Bariloche y comenzó a colaborar de forma remota, como parte de su postdoctorado, con “Fermi National Accelerator Laboratory” o FNAL, más conocido como Fermilab, en el país del norte de América.

Es importante destacar que el FNAL 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 los que  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 allí, 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, el mítico centro de investigación le propuso viajar en agosto, donde permaneció durante cuatro meses. Este hecho fue, hace pocos días, nota destacada del boletín de noticias del Fermilab.

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, en que 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 el docente.

Sobre la participación en el 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”.

“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 en ese contexto resalta que Estrada es egresado de la Licenciatura en Física del Instituto Balseiro y a principios de 2021 recibió el “Instrumentation Award” de la División de Partículas y Campos de la American Physical Society por su trabajo.

Luego explica 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.

El aporte 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 señala 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”.

Por otro lado, se refirió a su trayecto académico en el Instituto Balseiro, “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”.

Alcalde Bessia aclara que aún falta trabajo por hacer y que incluso ya se piensa en fabricar una segunda versión: “Es un gran logro para dentro de unos años poder tener el experimento OSCURA funcionando”, afirma.

Por último el profesional habla de sus inquietudes: “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”.

Y concluye: “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”.