제네바 호수 근처의 깊은 지하, CERN(고에너지 입자 물리학을 위한 유럽 기구)의 "LHC(Large Hadron Collider)"에 위치한 거대한 탐지기는 아원자 입자의 흐름을 선별하여 강력한 알고리즘으로 평가하는 엄청난 양의 데이터를 수집합니다. 현대 기술은 우리가 알고 있는 우주를 작은 규모로 보유하고 있는 것을 크게 볼 수 있도록 합니다.
입자물리학의 중요 이정표는 CERN에서 2012년, 소위 힉스 입자라고하는 아원자 입자의 발견이었습니다. 과학자 Robert Brout, François Englert 및 Peter Higgs는 일찍이 1960년대에 그 존재를 예측했습니다. 당시 유효한 물리학 표준 모델에 따르면, 엄밀히 말하자면 이것은 질량이 없는 것입니다. 아원자 입자는 실제로 빛의 속도로 움직여야 했습니다. 이 경우, 질량이 없다고 말할 수 있게 됩니다. 그럼에도 불구하고 세 명의 연구원은 힉스 장 이론을 계속 연구했습니다. 힉스 장은 꿀을 통해 날아가는 구체와 비교할 수 있는데, 아주 작은 입자의 속도를 늦추고 가정에 따라 관성과 질량을 부여하는 것입니다. 그리고 실제로 50년 후, LHC의 실험에서 양성자를 서로 충돌시키기 위해 거의 빛의 속도로 가속되었습니다. 힉스 입자는 힉스 장에서 방출되어 측정 가능하므로, 실제로 감지할 수 있습니다. 이로써 물질의 존재가 입증되었습니다. Higgs와 Englert는 2013년 이 이론으로 노벨 물리학상을 받았습니다. 다른 연구자였던 Brout은 2011년에 사망했습니다.
CERN의 연구는 놀라운 차원의 과학적 작업을 의미합니다. 1954년에 설립된 이 연구 센터는 22개국에서 연간 10억 유로에 달하는 자금을 지원받고 있으며, 현재 2500명 이상의 과학자를 고용하고 있습니다. 전 세계에서 온 12,000명이 넘는 초청 과학자들이 CERN 실험을 진행하고 있습니다. 세계 최대 규모의 입자 물리학 실험실은 다양한 실험을 위해 다양한 유형의 입자를 제공하는 다양한 결합 가속기를 운영합니다. 여기에는 양성자 구조를 연구하기 위한 뮤온, 새로운 물질 상태를 생성하기 위한 중이온, 외래 핵을 관찰하기 위한 방사성 이온 빔이 포함됩니다.
세계에서 가장 크고 가장 강력한 입자 가속기는 LHC입니다. 이것은 지하 약 100m에 둘레가 약 27km에 달하는 원형 터널 안에 위치하고 있습니다. LHC는 강한 전기장을 사용하여 에너지를 입자 빔으로 전달하고 자기장을 사용하여 시스템을 통해 빔을 안내합니다. 입자는 거의 빛의 속도(초당 11,245회)로 LHC를 공전할 때까지 점점 더 많은 가속 에너지를 흡수합니다. 충돌 시, CMS, ATLAS, ALICE 및 LHCb의 4개의 거대한 감지기가 무슨 일이 일어나고 있는지 기록합니다.
CMS 감지기는 길이 21미터, 지름 15미터, 무게 12,500톤의 고도의 기술 수준으로 개발된 감지 장치입니다. 1억 개의 개별 측정 요소로 구성된 이 제품은 초당 최대 4천만 개의 측정을 수행하며, 지금까지 만들어진 가장 복잡하고 정밀한 과학기기 중 하나로 간주됩니다. 측정 오류를 방지하려면 모든 영향 요인이 정의된 허용 오차 내에 있어야 합니다.
이러한 영향 요인에는 지하 실험 동굴의 주변 및 호흡 공기 구성 역시 포함됩니다. 일관되게 완벽한 상태를 결정하기 위해 감지기 내부 및 외부의 100개 이상의 측정 지점에서 공기를 지속적으로 추출하고 분석합니다. 실험 이름 CMS에 포함된 "Compact"가 의미하듯이, 사람이 모든 지점에서 신속하게 개입할 수 없기 때문에, 이것은 더욱 중요합니다. 가스 누출이나 감지기 내부의 화재와 같은 중대한 상황이 발생할 경우, 비상구를 통해 접근하는 데 최대 2주가 소요되기 때문입니다.
과거에는 개별 공기 추출 지점마다 별도의 분석 장치가 작동했기 때문에 비용이 많이 들었습니다. 유지 관리 노력과 발생 가능한 오류율도 CERN 표준에 비해 너무 높았습니다. 2016년 초부터 VTSA 유형의 밸브 터미널은 공기 흐름이 가능한 한 빨리 분석 장치로 안내되도록 했습니다. 새로운 솔루션은 필요한 분석 장치의 수를 최대 10배 감소시킵니다. 이제 공기 흐름이 중앙에서 모이고 다운스트림 분석 장치에 할당됩니다. 압축 공기로 사전 제어되는 VTSA의 메인 밸브는 CMS 감지기의 자기에 민감하지 않다는 장점이 있습니다. 밸브 터미널은 CERN에서 사용하기 위한 개별 요구 사항을 충족하도록 구성되었습니다. 가장 중요한 기술적 적응은 가역적 작동입니다.
정상 작동 시, 분석할 공기는 밸브 터미널을 통해 측정 라인을 통해 다운스트림 분석 스테이션으로 전달됩니다. 동시에 다른 모든 몇 미터에 달하는 측정 라인은 음압 모드에서 영구적으로 흡입됩니다. 따라서 다음 측정 라인으로 전환할 때 현재 주변 공기는 각 밸브에 직접 맞닿아 있습니다. 이와 같은 유연한 애플리케이션 덕분에 VTSA의 고품질 표준 구성 요소는 CMS에 성능 및 비용 수준에서 지속적인 효율성 향상을 선사하는 지능형 기술 솔루션을 제공합니다.
자동 공기 분석을 위한 공동 프로젝트는 2015년 8월에 시작되었고, 장치는 10월 말에 인도되었습니다. 새로운 시스템은 2016년 초에 가동을 시작했습니다. CERN의 CMS 가스 안전 책임자인 Gerd Fetchenhauer는 "Festo 제품을 CERN과 CMS에서 완전히 만족스럽게 사용해왔기 때문에 Festo를 이 기술을 위한 공급업체로 선택했습니다."라고 설명합니다.
이전에는 개별 구성 요소가 주로 조달되었지만 즉시 설치할 수 있는 시스템 솔루션은 Festo와 CERN 사이의 오랜 협력을 통해 탄생한 동종 최초의 솔루션이며 대형 Hadron Collider의 다른 검출기에서 유사한 응용 분야의 기반을 형성할 수 있었습니다. 따라서 수많은 작은 발걸음이 미래의 새롭고 위대한 과학적 발견으로 이어집니다.