No CERN, o maior laboratório de física de partículas do mundo, milhares de cientistas trabalham muito para desvendar os mistérios não resolvidos da física. Suas pesquisas científicas são suportadas pela aplicação inteligente e flexível da tecnologia de automação. O terminal de válvulas VTSA, da Festo, controla os processos de análise do ar na cavidade de experiências do detector do "Compact Muon Solenoid" (CMS).
No subsolo, próximo do lago Genebra, no acelerador de partículas Large Hadron Collider (LHC), a Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear analisa a corrente de partículas subatômicas e recolhe enormes volumes de dados, que são analisados por potentes algoritmos. As tecnologias modernas dão visibilidade, em grande escala, às pequenas partículas que mantêm o cosmos unido.
Em 2012, foi alcançado um marco na física de partículas com a descoberta da partícula Bóson, de Higgs. Os cientistas Robert Brout, François Englert e Peter Higgs previram a sua existência nos anos 60. De acordo com o Modelo Padrão da física de partículas da altura, não havia massa. As partículas subatômicas devem se mover à velocidade da luz. No entanto, ainda assim, não deve haver massa. Contudo, os três pesquisadores desenvolveram a teoria do campo de Higgs. Essa teoria diz que o campo de Higgs desacelera as partículas menores - comparando com os insetos que voam pelo mel - dando-lhes inércia e massa. E, 50 anos depois, ocorre a grande descoberta. Os prótons são acelerados praticamente à velocidade da luz no LHC, para permitir com que colidam uns contra os outros. Os Bósons, de Higgs, libertam-se do campo de Higgs, possibilitando as suas medições e comprovando que eles realmente existem. Assim, foi comprovada a existência de matéria. Higgs e Englert receberam o Prêmio Nobel de Física, em 2013, por esta teoria. Brout faleceu em 2011.
A pesquisa realizada no CERN envolve trabalho científico realizado com dimensões impressionantes. Fundado em 1954, o centro de pesquisa é financiado por mais de 22 estados membro em quase mil milhão de euros todos os anos. Emprega mais de 2.500 cientistas. Mais de 12.000 cientistas convidados de todo o mundo trabalham em experiências do CERN. O maior laboratório de física de partículas do mundo opera uma rede de diversos aceleradores, que preparam diversas partículas para diversas experiências. Estas experiências incluem múons para a pesquisa da estrutura do próton, íons pesados para a criação de estados de matéria e feixes de íons radioativos para a observação de núcleos exóticos.
O maior e mais potente acelerador de partículas é o LHC. Está localizado a cerca de 100 metros de profundidade, em um túnel, em forma de anel, com uma circunferência de cerca de 27 km. O LHC utiliza campos elétricos fortes para transferir energia para os feixes de partículas e guia os feixes pelo sistema, utilizando campos magnéticos. As partículas absorvem cada vez mais energia de aceleração até circularem pelo LHC quase à velocidade da luz - 11.245 vezes por segundo. Quando colidem, quatro detectores gigantes - CMS, ATLAS, ALICE e LHCb - registram o que acontece.
O detector do CMS é um dispositivo de detecção tecnologicamente avançado com 21 m de comprimento, 15 m de diâmetro e 12.500 toneladas de peso. Composto por 100 milhões de elementos de medição individuais, são necessárias até 40 milhões de medições por segundo e é considerado um dos instrumentos científicos mais complexos e precisos já construídos. Para evitar erros de medição, todos os fatores influenciadores devem permanecer dentro das tolerâncias definidas.
Estes fatores influenciadores também incluem a composição do ambiente e do ar de ventilação nas cavidades subterrâneas. Para determinar a operação perfeitamente correta, o ar é continuamente extraído e analisado em mais de 100 pontos de medição dentro e fora do detector. Isso é ainda mais importante porque a palavra "Compact" (compacto) do nome também significa que não é possível intervir rapidamente em qualquer lugar e a qualquer momento. Em uma situação crítica, como vazamento de gás ou um incêndio no detector, demoraria duas semanas para alcançar as aberturas de emergência para acessar as áreas internas.
No passado, cada ponto de extração de ar individual tinha um dispositivo analítico em separado. Isso gerava altos custos. Além disso, os custos de manutenção e a possível taxa de erro eram muito elevados para os padrões do CERN. Desde o início de 2016, os terminais de válvulas VTSA garantem com que os fluxos de ar sejam levados para os dispositivos de análise pelo percurso mais rápido possível. A nova solução reduz o número de dispositivos de análise necessários por um fator de 10. Os fluxos de ar são combinados de forma central e atribuídos a dispositivos de análise. As principais válvulas do VTSA são controladas por ar comprimido e têm a vantagem de serem insensíveis ao magnetismo do detector do CMS. O terminal da válvula foi configurado para atender aos requisitos individuais do CERN. A adaptação técnica mais importante foi a operação reversível.
Em operação normal, o ar da linha de medição é direcionado pelo terminal da válvula para a estação de análise. Ao mesmo tempo, todas as outras linhas de medição são permanentemente preparadas na operação de baixa pressão. Portanto, o ar ambiente atual está disponível na válvula quando comuta para a seguinte linha de medição. Essa aplicação flexível mostra que os componentes padrão de alta qualidade do VTSA são uma solução técnica inteligente que traz um ganho eficiente a longo prazo para o CMS, em desempenho e custos.
O projeto conjunto para a análise automatizada do ar começou em agosto de 2015; as unidades foram entregues no final de outubro. O novo sistema foi colocado em operação no início de 2016. "A Festo foi uma escolha óbvia como o fornecedor desta tecnologia. Utilizamos produtos Festo no CERN e no CMS há muitos anos e estamos muito satisfeitos com eles", explica Gerd Fetchenhauer, CMS Gas Safety Officer do CERN.
Embora no passado tenham sido os componentes individuais os mais adquiridos, a solução de sistemas pronta para ser instalada é a primeira do seu tipo em que a Festo e o CERN colaboraram em diversos anos. Está localizada na base para as aplicações semelhantes em outros detectores do Large Hadron Collider. Pequenos passos continuam a levar a grandes e novas descobertas científicas.