В CERN, най-голямата изследователска лаборатория по физика на елементарните частици, хиляди учени разгадават неразгадани досега тайни на физиката. Техниката за автоматизация, използвана интелигентно и гъвкаво, ефективно подпомага научните изследвания. Така вентилният остров VTSA на Festo управлява процесите на анализиране на вътр. въздух за експериментиране и въздуха в камерата на детектора "Compact Muon Solenoid" (CMS).
Дълбоко под земята, близо до Женевското езеро, гигантските детектори на ускорителя на частици „Large Hadron Collider“ (LHC) в CERN (Европейската организация за ядрени изследвания) пресяват потока от субатомни частици и събират гигантски количества данни, които се анализират от мощни алгоритми. Съвременните технологии правят видимо в голям мащаб това, което в малък мащаб прави космоса такъв, какъвто го познаваме.
Крайъгълен камък във физиката на елементарните частици е откриването на субатомната частица, т.нар. частица на Хигс, в CERN през 2012 г. Още през 60-те години на миналия век учените Робърт Браут, Франсоа Енглер и Питър Хигс предсказват съществуването му. Според действащия по това време стандартен модел на физиката, строго погледнато, не може да има маса. Субатомните частици всъщност трябва да се движат със скоростта на светлината. В резултат на това обаче те няма не биха имали маса. Въпреки това тримата изследователи разработват теорията за полето на Хигс. Предполага се, че полето на Хигс забавя най-малките частици – сравнимо с летящи през мед топчета – и им придава инерция, а оттам и маса. И наистина, 50 години по-късно моментът настъпи: протоните бяха ускорени почти до скоростта на светлината в експерименти в LHC, за да се сблъскат един с друг. В този процес от полето на Хигс се освобождават частици, които могат да бъдат измерени и по този начин да бъдат действително доказани. Съществуването на материята е доказано. Хигс и Енглер получават Нобелова награда за физика за своята теория през 2013 г., а Браут умира през 2011 г.
В CERN изследванията означават научна работа със спиращи дъха размери. Основан през 1954 г., в изследователския център, който се финансира от 22 държави с близо един милиард евро годишно, понастоящем работят над 2500 учени. Над 12 000 гостуващи учени от цял свят работят по експерименти в CERN. Най-голямата в света лаборатория по физика на елементарните частици разполага с няколко свързани помежду си ускорителя, които осигуряват различни видове частици за разнообразни експерименти. Към тях между другото спадат миони за изучаване на структурата на протона, тежки йони за създаване на нови състояния на материята и радиоактивни йонни лъчи за наблюдение на екзотични ядра.
Най-големият и най-мощен ускорител на частици в света е LHC. Той е разположен на около 100 метра дълбочина под земята в кръгъл тунел с обиколка от около 27 километра. LHC използва силни електрически полета за предаване на енергия на снопове частици и насочва сноповете през системата с помощта на магнитни полета. В този процес частиците поглъщат все повече и повече енергия на ускорението, докато не заобиколят LHC почти със скоростта на светлината – 11 245 пъти в секунда. Щом се сблъскат, четири гигантски детектора - CMS, ATLAS, ALICE и LHCb - регистрират случващото се.
Детекторът CMS е технологично усъвършенствано детекторно устройство с дължина 21 метра, диаметър 15 метра и тегло 12 500 тона. Съставен от 100 милиона отделни измервателни елемента, той извършва до 40 милиона измервания в секунда и се смята за един от най-сложните и прецизни научни инструменти, създавани някога. За да се избегнат грешки при измерването, всички влияещи фактори трябва да са в рамките на определените допуски.
Тези влияещи фактори включват и състава на околния въздух и въздуха за дишане в подземните експериментални камери. Затова, за да се определи постоянното перфектно състояние, въздухът се взема и анализира непрекъснато във и извън детектора в повече от 100 измервателни точки. Това е още по-важно, тъй като "Compact", съдържаща се в наименованието на експеримента CMS, означава също, че човек не може да се намеси бързо навсякъде и във всяка точка. Това е така, защото в случай на критична ситуация, като например изтичане на газ или пожар в детектора, достъпът до вътрешните зони през аварийните отвори би отнело до 2 седмици.
В миналото за всяка отделна точка за вземане на проби от въздуха се използваше отделен анализатор, което водеше до високи разходи. Разходите за сервизна поддръжка и възможният процент грешки също бяха твърде високи за стандартите на CERN. От началото на 2016 г. вентилните острови от типа VTSA гарантират, че въздушните потоци се насочват към анализаторите по най-бързия възможен начин. Новото решение намалява броя на необходимите анализатори 10 пъти. Сега въздушните потоци се комбинират централно и се разпределят към анализаторите разположени след тях. Предимството на главни разпределители на VTSA задвижвани със сгъстен въздух е, че те не са чувствителни към магнетизма на детектора CMS. За използване в CERN вентилният остров е конфигуриран според индивидуалните изисквания. Най-важната техническа адаптация: реверсивна работа.
При нормална работа въздухът, който трябва да бъде анализиран, се подава от измервателен проводник посредством вентилния остров към станцията за анализ разположена след него. В същото време всички останали измервателни проводници с дължина един метър са постоянно засмукани при работа с отрицателно налягане. При превключване към следващия измервателен проводник текущият околен въздух се намира директно до съответния разпределител. Посредством това гъвкаво приложение висококачествените стандартни компоненти на VTSA осигуряват интелигентно техническо решение, което предлага на CMS устойчиво повишаване на ефективността на ниво производителност и разходи.
Съвместният проект за автоматичен анализ на въздуха започна през август 2015 г.; устройствата бяха доставени в края на октомври. Новата система беше въведена в експлоатация в началото на 2016 г. "Изборът на Festo като доставчик на тази технология вече беше даденост за нас, тъй като от години използваме продукти на Festo в CERN и CMS за наше пълно удовлетворение", обяснява Герд Фетхенхауер, служител по безопасност на газове CMS в CERN.
Докато в миналото се закупуваха предимно отделни компоненти, готовото за инсталиране системно решение е първото по рода си в дългогодишното сътрудничество между Festo и CERN и може да послужи за основа на подобни приложения в други детектори на Large Hadron Collider. Така че и в бъдеще много малки стъпки ще доведат до нови, велики научни открития.