No CERN, o maior laboratório de física de partículas do mundo, milhares de cientistas trabalham muito para desvendar os mistérios não resolvidos da física. As suas pesquisas científicas são suportadas pela aplicação inteligente e flexível da tecnologia de automatização. O terminal de válvulas VTSA da Festo controla os processos de análise do ar na cavidade de experiências do detetor 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 subatómicas 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 Bosão 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 subatómicas devem mover-se à velocidade da luz. No entanto, ainda assim, não deve haver massa. Contudo, os três pesquisadores desenvolveram a teoria do campo de Higgs. Esta teoria diz que o campo de Higgs desacelera as partículas mais pequenas - comparando com os insectos que voam pelo mel - dando-lhes inércia e massa. E, 50 anos depois, ocorre a grande descoberta. Os protões são acelerados praticamente à velocidade da luz no LHC para permitir que colidam uns contra os outros. Os Bosões de Higgs libertam-se do campo de Higgs, possibilitando as suas medições e comprovar que eles realmente existem. Assim, foi comprovada a existência de matéria. Higgs e Englert receberam o Prémio Nobel da 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, e 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 vários aceleradores, que preparam várias partículas para várias experiências. Estas experiências incluem muões para a pesquisa da estrutura do protão, iões pesados para a criação de estados de matéria e feixes de iões 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 num túnel em anel com uma circunferência de cerca de 27 km. O LHC usa campos elétricos fortes para transferir energia para os feixes de partículas e guia os feixes através do sistema usando 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 detetores gigantes - CMS, ATLAS, ALICE e LHCb - registam o que acontece.
O detetor do CMS é um dispositivo de deteção 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 detetor. Isto 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. Numa situação crítica, como fuga de gás ou um incêndio no detetor, demoraria duas semanas a alcançar as aberturas de emergência para aceder às áreas internas.
No passado, cada ponto de extração de ar individual tinha um dispositivo analítico em separado, o que gerava altos custos. Para 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 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 a jusante. As principais válvulas do VTSA são controladas por ar comprimido e têm a vantagem de serem insensíveis ao magnetismo do detetor 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 através do terminal da válvula para a estação de análise a jusante. 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. Esta 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 em 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. Usamos 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 a instalar é a primeira do seu tipo em que a Festo e o CERN colaboraram em vários anos. Reside na base para as aplicações semelhantes noutros detetores do Large Hadron Collider. Pequenos passos continuam a levar a grandes e novas descobertas científicas.