그만큼 대형 강입자 충돌기 2008년에 가동을 시작한 이래로 물리학에 대한 우리의 이해를 변화시켜 연구자들이 우주의 기본 구성 요소를 조사할 수 있게 했습니다. 프랑스와 스위스 국경 아래 약 100m에서 입자는 LHC의 27km 원주를 따라 가속되어 거의 빛의 속도에 도달한 후 서로 충돌합니다.
LHC는 종종 지금까지 만들어진 가장 큰 기계로 묘사됩니다. 그리고 시설에서 실험을 수행하는 물리학자들이 대부분의 주목을 받는 경향이 있지만, 수백 명의 엔지니어와 기술자 LHC를 계속 가동하기 위해. 그러한 엔지니어 중 한 명은 아이린 델리’이노센티디지털 전자 분야에서 일하는 사람 유럽 핵 연구 기구 (CERN)은 LHC를 운영합니다. CERN의 빔 계측 그룹의 일원인 Degl’Innocenti는 입자 빔이 이동할 때 위치를 측정하는 맞춤형 전자 장치를 만듭니다.
아이린 델리’이노센티
고용주:
세른(CERN)
직업:
디지털 전자 엔지니어
교육:
이탈리아 피사 대학교 전기공학 학사 및 석사, 전기, 전자 및 통신공학 박사
“매우 어려운 일을 하는 거대한 기계이기 때문에 필요한 전문 지식의 양이 엄청납니다.”라고 Degl’Innocenti는 말합니다.
그녀가 작업하는 전자 장치는 전체 작업의 아주 작은 부분일 뿐이며, Degl’Innocenti는 장비를 설치하거나 테스트하기 위해 LHC의 동굴 같은 터널로 내려갈 때 이를 예리하게 알고 있습니다. 하지만 그녀는 그렇게 중요한 작업을 하는 데서 큰 만족감을 얻습니다.
“당신은 매우 거대한 무언가의 일부입니다.” 그녀는 말한다. “당신은 우주에서 실제로 무슨 일이 일어나고 있는지 이해하려고 노력하는 이 거대한 커뮤니티의 일부인 것처럼 느끼고, 그것이 매우 매혹적입니다.”
고에너지 물리학에서 일할 수 있는 기회
이탈리아에서 자란 Degl’Innocenti는 소설가가 되고 싶어했습니다. 고등학교 내내 그녀는 인문학에 기울었지만, 과학 교사인 어머니 덕분에 수학에 대한 타고난 친화력을 가졌습니다.
“저는 매우 분석적인 사람이고, 그게 항상 제 사고방식의 일부였지만, 어렸을 때는 수학이 매력적이지 않았어요.” Degl’Innocenti가 말합니다. “수학이 열어줄 수 있는 기회를 깨닫는 데 시간이 좀 걸렸어요.”
그녀는 17세경에 전자공학을 탐구하기 시작했습니다. 그것이 그녀의 논리적이고 수학적 사고방식을 직업으로 전환하는 가장 직접적인 방법처럼 보였기 때문입니다. 2011년에 그녀는 그만큼 피사 대학교2014년 이탈리아에서 전기공학 학사 학위를 취득하고, 같은 전공으로 석사 학위를 취득했습니다.
당시 Degl’Innocenti는 엔지니어가 고에너지 물리학에서 일할 수 있는 기회가 있다는 것을 전혀 몰랐습니다. 하지만 그녀는 동료 학생이 여름 인턴십에 참석했다는 것을 알게 되었습니다. 페르미연구소일리노이주 배타비아에 있는 분사물리학 및 가속기 연구실. 그래서 그녀는 2015년에 그곳에서 인턴십을 지원하여 합격했습니다. 페르미랩과 CERN은 긴밀히 협력하고 있기 때문에 그녀는 LHC의 데이터 처리 보드를 설계하는 데 도움을 줄 수 있었습니다. 컴팩트 뮤온 솔레노이드 실험.
그녀는 그 다음에 집에서 가까운 인턴십을 찾다가 CERN을 발견했습니다. 기술 학생 프로그램학생들이 1년 동안 프로젝트를 진행할 수 있게 해줍니다. 빔 계측 그룹에서 일하면서 Degl’Innocenti는 그녀의 석사 논문의 기초가 된 디지털 수집 시스템을 설계했습니다.
입자 빔의 위치 측정
Degl’Innocenti는 2017년에 석사 학위를 받은 후 피사 대학교에서 박사 학위를 취득했습니다. 그녀는 CERN의 가속기 단지 내에서 입자 빔의 위치를 측정하는 장비를 만드는 CERN의 빔 위치 섹션에서 연구를 수행했습니다. LHC에는 가속기 링 주위에 약 1,000개의 모니터가 있습니다. 각 모니터는 일반적으로 가속기 파이프의 반대쪽에 배치된 두 쌍의 센서로 구성되며 각 센서의 신호 강도를 비교하여 빔의 수평 및 수직 위치를 측정할 수 있습니다.
기본 개념은 간단하지만, Degl’Innocenti는 이러한 측정이 정확해야 한다고 말합니다. 입자 무리가 25나노초마다 모니터를 통과하고, 그 위치는 50마이크로미터 이내로 추적되어야 합니다.
“우리는 몇 년 전부터 시스템을 개발하기 시작하고, 그러면 수십 년 동안 작동해야 합니다.”
대부분의 신호 처리가 일반적으로 아날로그로 이루어지지만, 박사 과정에서 그녀는 가능한 한 이 작업의 대부분을 디지털 도메인으로 옮기는 데 집중했습니다. 아날로그 회로는 까다롭기 때문입니다. 정밀하게 교정해야 하며 정확도는 시간이 지남에 따라 또는 온도가 변동할 때 변하는 경향이 있습니다.
“유지 관리가 복잡해요.” 그녀는 말한다. “특히 모니터가 1,000개이고, 그것들이 지하 100m의 가속기에 위치하면 까다로워집니다.”
하지만 아날로그를 디지털로 변환하면 정보가 손실되므로 Degl’Innocenti는 최신 아날로그-디지털 변환기(ADC)의 성능을 분석하여 위치 측정에 미치는 영향을 조사했습니다.
빔 모니터 전자 설계
2021년 전기, 전자 및 통신 공학 박사 학위를 마친 후 Degl’Innocenti는 CERN에 선임 박사후 연구원으로 입사했습니다. 2년 후 그녀는 그곳에서 정규직 직원이 되었고, 연구 결과를 새로운 하드웨어 개발에 적용했습니다. 그녀는 현재 새로운 빔 위치 모니터를 설계하고 있습니다. 고휘도 업그레이드 2028년 완공 예정인 LHC에 이 새로운 시스템이 도입되면 여러 ADC와 Degl’Innocenti가 새로운 디지털 신호 처리 알고리즘을 실행하도록 프로그래밍할 FPGA(필드 프로그래머블 게이트 어레이)를 포함한 대부분의 전자 장치를 수용하는 시스템 온 칩을 사용할 가능성이 높습니다.
그녀는 CERN의 빔 위치 모니터의 설계, 구현 및 지속적인 유지 관리를 담당하는 단 15명으로 구성된 팀의 일원입니다. 그래서 그녀는 해당 기기의 센서와 소프트웨어를 설계하는 엔지니어와 가속기를 작동하고 기기의 요구 사항을 설정하는 물리학자와 긴밀히 협력합니다.
“우리는 수년 전부터 시스템 개발을 시작한 다음 수십 년 동안 작동해야 합니다.”라고 Degl’Innocenti는 말합니다.
고에너지 물리학의 기회
데글이노센티에 따르면 고에너지 물리학은 엔지니어들에게 다양하고 흥미로운 기회를 제공합니다. 여기에는 고정밀 전자공학, 진공 시스템, 극저온학 등이 포함됩니다.
“기계는 매우 크고 매우 복잡하지만, 우리는 매우 작은 것들을 보고 있습니다.” 그녀는 말한다. “대규모와 소규모의 정밀도에 관해서는 모두 많은 큰 숫자가 관련되어 있습니다.”
Degl’Innocenti는 FPGA 설계 기술이 모든 종류의 연구 시설에서 수요가 많고 임베디드 시스템도 점점 더 중요해지고 있다고 말합니다. 중요한 것은 엔지니어링 지식을 어디에 적용할지에 대해 열린 마음을 유지하는 것이라고 그녀는 말합니다. 그녀는 CERN에서 그녀의 기술을 가진 사람들에게 기회가 있을 것이라고는 생각지 못했습니다.
“항상 어떤 기술이 사용되고 있는지 확인하세요.” 그녀는 조언합니다. “어딘가에서 일하는 것이 불가능하다고 가정하여 자신을 제한하지 마세요.”
이 기사는 2024년 8월 인쇄판에 “Irene Degl’Innocenti”라는 제목으로 게재됩니다.
