Duboko pod zemljom, u blizini Ženevskog jezera, u akceleratoru čestica Velikog hadronskog sudarača (LHC) CERN-a, Europske organizacije za nuklearna istraživanja, golemi detektori probijaju tok subatomskih čestica i prikupljaju goleme količine podataka koji se analiziraju s pomoću moćnih algoritama. Moderne tehnologije čine vidljivima sićušne čestice koje drže kozmos zajedno.
Prekretnica u fizici čestica bilo je otkriće subatomske čestice, takozvanog Higgsova bozona, 2012. godine u CERN-u. Znanstvenici Robert Brout, François Englert i Peter Higgs predvidjeli su njegovo postojanje još 1960-ih. Prema tada važećem standardnom modelu fizike, strogo govoreći, ne bi trebalo biti mase. Subatomske bi se čestice zapravo trebale kretati brzinom svjetlosti. Ipak, kao što je prethodno rečeno, za to bi trebali biti bez mase Ipak, trojica istraživača razvila su teoriju Higgsova polja. Prema ovoj teoriji, Higgsovo polje usporava najsitnije čestice – usporedivo s kuglicama koje lete kroz med – dajući im inerciju, a time i masu. I doista, 50 godina kasnije došlo je do velikog otkrića. Tijekom eksperimenta protoni su se ubrzavali gotovo brzinom svjetlosti u LHC-u kako bi im se omogućilo sudaranje. Iz Higgsova polja oslobodili su se Higgsovi bozoni te ih je bilo moguće izmjeriti i dokazati da stvarno postoje. Dokazano je postojanje materije. Higgs i Englert 2013. dobili su Nobelovu nagradu za fiziku za svoju teoriju, Brout je umro 2011. godine.
Istraživanje provedeno u CERN-u uključuje znanstveni rad dimenzija koje oduzimaju dah. Osnovan 1954. godine, istraživački centar svake godine dobiva gotovo milijardu eura sredstava iz 22 zemlje članice i trenutačno zapošljava više od 2500 znanstvenika. Više od 12 000 gostujućih znanstvenika iz cijelog svijeta radi na eksperimentima CERN-a. Najveći svjetski laboratorij za fiziku čestica upravlja mrežom od nekoliko akceleratora koji osiguravaju različite čestice za širok raspon eksperimenata. To uključuje mione za istraživanje strukture protona, teške ione za stvaranje stanja tvari i radioaktivne ionske zrake za promatranje egzotičnih jezgri.
Najveći i najmoćniji akcelerator čestica na svijetu je LHC. Nalazi se oko 100 metara pod zemljom u kružnom tunelu promjera oko 27 kilometara. LHC koristi jaka električna polja za prijenos energije na snope čestica i vodi zrake kroz sustav s pomoću magnetskih polja. Čestice apsorbiraju sve više i više energije ubrzanja sve dok ne obiđu LHC-a gotovo brzinom svjetlosti – 11 245 puta u sekundi. Ako se sudare, četiri golema detektora – CMS, ATLAS, ALICE i LHCb – registriraju što se događa.
CMS detektor je tehnološki napredan uređaj za detekciju, dug 21 metar, promjera 15 metara i težak 12 500 tona. Sastoji se od 100 milijuna pojedinačnih mjernih elemenata, provodi do 40 milijuna mjerenja u sekundi i jedan je od najsloženijih i najpreciznijih znanstvenih instrumenata dosad napravljenih. Kako bi se izbjegle pogreške mjerenja, svi utjecajni čimbenici moraju biti unutar definiranih odstupanja.
Ti utjecajni čimbenici uključuju i sastav okolnog i ventilacijskog zraka u podzemnim kavernama. Kako bi se osigurao dosljedno ispravan rad, zrak se kontinuirano izvlači i analizira na više od 100 mjernih točaka unutar i izvan detektora. Ovo je tim važnije s obzirom na to da riječ "Compact" u nazivu CMS znači i da ne možete brzo intervenirati posvuda. U kritičnoj situaciji, kao što je curenje plina ili požar u detektoru, trebalo bi do dva tjedna da se dođe do otvora za nuždu za pristup unutarnjim područjima.
Nekada je svaka pojedinačna točka za usisavanje zraka imala zaseban analitički uređaj, što je dovodilo do visokih troškova. Nadalje, troškovi održavanja i moguća stopa pogrešaka bili su previsoki za CERN-ove standarde. Od početka 2016. terminali ventila tipa VTSA osiguravaju da se tokovi zraka do analitičkih uređaja vode najbržim mogućim putom. Novo rješenje smanjuje broj potrebnih analitičkih uređaja za faktor 10. Protoci zraka sada se kombiniraju centralno i dodijeljuju analitičkim uređajima koji su sljedeći u nizu. Glavnim ventilima VTSA upravljaju se s pomoću komprimiranog zraka, a prednost im je što su neosjetljivi na magnetizam CMS detektora. Terminal ventila konfiguriran je prema specifičnim zahtjevima CERN-a. Najvažnija tehnička prilagodba bio je reverzibilni rad.
U normalnom radu zrak iz mjernog voda usmjerava se kroz terminal ventila do sljedeće analitičke stanice. Istodobno se svi ostali mjerni vodovi dugi metar pod negativnim tlakom trajno usisavaju. Pri prebacivanju na sljedeći mjerni vod trenutačni okolni zrak je stoga izravno na odgovarajućem ventilu. Zahvaljujući ovoj fleksibilnoj aplikaciji visokokvalitetne standardne komponente VTSA nude inteligentno tehničko rješenje koje donosi dugoročnu učinkovitost CMS-a i u smislu performansi i troškova.
Zajednički projekt automatizirane analize zraka započeo je u kolovozu 2015., a jedinice su isporučene krajem listopada. Novi sustav pušten je u rad početkom 2016. godine. "Festo je bio očit izbor za isporuku ove tehnologije s obzirom na to da se u CERN-u i CMS-u već dugi niz godina koristimo Festo proizvodima i jako smo zadovoljni njima," objašnjava Gerd Fetchenhauer, CMS službenik za sigurnost plina u CERN-u.
Dok su se u prošlosti kupovale ponajprije pojedinačne komponente, sustavno rješenje spremno za ugradnju prvo je takve vrste u dugogodišnjoj suradnji Festa i CERN-a. Postavlja temelj za slične primjene u drugim detektorima Velikog hadronskog sudarača, tako da mali koraci mogu nastaviti voditi do velikih novih znanstvenih otkrića.