In adancurile subterane, in apropierea lacului Geneva, detectoarele gigantice de la Large Hadron Collider (LHC) de la CERN (Organizatia Europeana pentru Fizica Particulelor de Energie Inalta) trec prin fluxul de particule subatomice si colecteaza cantitati uriase de date pe care le analizeaza algoritmi puternici. Tehnologiile moderne fac vizibil la scara larga ceea ce tine impreuna la scara mica cosmosul asa cum il cunoastem noi.
O piatra de temelie in fizica particulelor a fost descoperirea particulei subatomice, asa-numita particula Higgs, la CERN in 2012. Inca din anii 1960, oamenii de stiinta Robert Brout, François Englert si Peter Higgs au prezis existenta sa. Conform modelului standard al fizicii in vigoare la acea vreme, strict vorbind, nu putea exista decat o masa. Particulele subatomice ar trebui sa se deplaseze cu viteza luminii. Ca urmare, insa, acestea nu ar avea nicio masa. Cu toate acestea, cei trei cercetatori au dezvoltat teoria campului Higgs. Campul Higgs incetineste cele mai mici particule - comparabil cu niste margele care zboara prin miere - si le confera inertie si, prin urmare, masa, conform ipotezei. Si, intr-adevar, 50 de ani mai tarziu, a sosit momentul: protonii au fost accelerati pana aproape de viteza luminii in experimentele din LHC pentru a-i face sa se ciocneasca intre ei. In acest proces, particulele Higgs au fost eliberate din campul Higgs si au fost masurabile, prin urmare, detectabile. Existenta materiei a fost dovedita. Higgs si Englert au primit Premiul Nobel pentru Fizica pentru teoria lor in 2013, iar Brout a murit in 2011.
La CERN, cercetarea inseamna munca stiintifica la o scara uluitoare. Infiintat in 1954, centrul de cercetare, finantat de 22 de state cu aproape un miliard de euro pe an, are in prezent peste 2 500 de oameni de stiinta. Peste 12.000 de oameni de stiinta din intreaga lume lucreaza la experimentele CERN. Cel mai mare laborator de fizica a particulelor din lume opereaza mai multe acceleratoare interconectate care furnizeaza diferite tipuri de particule pentru o varietate de experimente. Printre acestea se numara muoni pentru a studia structura protonului, ioni grei pentru a crea noi stari ale materiei si fascicule de ioni radioactivi pentru a observa nucleele exotice.
Cel mai mare si mai puternic accelerator de particule din lume este LHC. Acesta se afla la o adancime de aproximativ 100 de metri in subteran, intr-un tunel circular cu o circumferinta de aproximativ 27 de kilometri. LHC utilizeaza campuri electrice puternice pentru a transfera energie catre fasciculele de particule si ghideaza fasciculele prin instalatie cu ajutorul campurilor magnetice. Astfel, particulele absorb din ce in ce mai multa energie de accelerare pana cand orbiteaza in jurul LHC aproape cu viteza luminii - de 11.245 de ori pe secunda. Atunci cand acestea se ciocnesc, patru detectoare gigantice - CMS, ATLAS, ALICE si LHCb - inregistreaza ceea ce se intampla.
Detectorul CMS este un dispozitiv de detectare avansat dpdv tehnologic, cu o lungime de 21 de metri, un diametru de 15 metri si o greutate de 12.500 de tone. Compus din 100 de milioane de elemente de masurare individuale, acesta efectueaza pana la 40 de milioane de masuratori pe secunda si este considerat unul dintre cele mai complexe si mai precise instrumente stiintifice construite vreodata. Pentru a evita erorile de masurare, toti factorii de influenta trebuie sa se incadreze in limitele de toleranta definite.
Acesti factori de influenta includ, de asemenea, compozitia aerului ambiant si a aerului respirabil din pesterile experimentale. Prin urmare, pentru a determina starea perfecta constanta, aerul este prelevat si analizat in mod continuu in interiorul si in exteriorul detectorului in peste 100 de puncte de masurare. Acest lucru este cu atat mai important cu cat "Compact", asa cum este cuprins in numele experimentului CMS, inseamna, de asemenea, ca nu se poate interveni rapid peste tot si in orice punct. Acest lucru se datoreaza faptului ca, in cazul unei situatii critice, cum ar fi o scurgere de gaz sau un incendiu in interiorul detectorului, ar dura pana la 2 saptamani pentru a avea acces la zonele interioare prin deschiderile de urgenta.
In trecut, pentru fiecare punct individual de prelevare a probelor de aer se folosea un analizor separat, ceea ce ducea la costuri ridicate. Efortul de intretinere si rata de eroare posibila erau, de asemenea, prea mari pentru standardele CERN. De la inceputul anului 2016, insulele de ventile VTSA au asigurat ca fluxurile de aer sunt ghidate catre dispozitivele de analiza in cel mai rapid mod posibil. Noua solutie reduce de 10 ori numarul de dispozitive analitice necesare. Fluxurile de aer sunt acum combinate la nivel central si alocate analizoarelor din aval. Ventilele principale ale insulei de ventileVTSA, actionate de pilotul cu aer comprimat, au avantajul de a fi insensibile la magnetismul detectorului CMS. Pentru utilizarea la CERN, insula de ventile a fost configurata in functie de cerintele individuale. Cea mai importanta adaptare tehnica: functionarea reversibila.
In conditii normale de functionare, aerul care va fi analizat este alimentat de la o linie de masurare prin insula de ventile catre statia de analiza din aval. In acelasi timp, toate celelalte linii de masurare de un metru lungime sunt aspirate permanent in timpul functionarii cu presiune negativa. La trecerea la urmatoarea linie de masurare, aerul ambiant curent este astfel direct prezent la ventilul respectiv. Prin aceasta aplicatie flexibila, componentele standard de inalta calitate ale VTSA ofera o solutie tehnica inteligenta care ofera CMS o crestere durabila a eficientei la nivel de performanta si costuri.
Proiectul comun de analiza automatizata a aerului a inceput in august 2015; unitatile au fost livrate la sfarsitul lunii octombrie. Noua instalatie a fost pusa in functiune la inceputul anului 2016. "Alegerea Festo ca furnizor al acestei tehnologii a fost evidenta pentru noi, deoarece folosim produsele Festo la CERN si CMS de ani de zile, cu satisfactie deplina", explica Gerd Fetchenhauer, responsabil cu siguranta gazelor la CMS la CERN.
In timp ce in trecut se achizitionau in principal componente individuale, solutia completa este prima de acest tip in cadrul colaborarii de lunga durata dintre Festo si CERN si poate constitui baza pentru aplicatii similare in alte detectoare ale Large Hadron Collider. Pentru ca si in viitor, multi pasi mici sa duca la noi si mari descoperiri stiintifice.