U najvećoj istraživačkoj laboratoriji za fiziku čestica, CERN-u, hiljade naučnika dešifruje nerešene zagonetke fizike. Njihova naučna istraživanja poduprta su inteligentnom i fleksibilnom primenom tehnologije automatizacije. Festo ventilska grupa VTSA kontroliše procese analize internog vazduha eksperimenta i kaverne na detektoru „Compact Muon Solenoid“ (CMS).
Duboko pod zemljom, u blizini Ženevskog jezera, u akceleratoru čestica Velikog hadronskog sudarača (LHC) CERN-a, Evropske organizacije za nuklearna istraživanja, ogromni detektori probijaju tok subatomskih čestica i prikupljaju ogromne količine podataka koji se analiziraju pomoću moćnih algoritama. Moderne tehnologije čine vidljivim sićušne čestice koje drže kosmos zajedno.
Prekretnica u fizici čestica bilo je otkriće subatomske čestice, takozvanog Higsovog bozona, 2012. godine u CERN-u. Naučnici Robert Brout, François Englert i Peter Higgs predvideli su njegovo postojanje još 1960-ih. Prema tada važećem standardnom modelu fizike, strogo govoreći, ne bi trebalo biti mase. Subatomske čestice zapravo bi trebalo da se kreću brzinom svetlosti. Ipak, kao što je prethodno rečeno, za to bi trebalo da su bez mase. Ipak, trojica istraživača razvila su teoriju Higsovog polja. Prema ovoj teoriji, Higsovo polje usporava najsitnije čestice – uporedivo sa kuglicama koje lete kroz med – dajući im inerciju, a time i masu. I doista, 50 godina kasnije, došlo je do velikog otkrića: tokom eksperimenta, protoni su se ubrzavali gotovo brzinom svetlosti u LHC-u kako bi im se omogućilo sudaranje. Iz Higsovog polja oslobodili su se Higsovi bozoni i bilo ih je moguće izmeriti 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 sprovedeno u CERN-u uključuje naučni rad dimenzija koje oduzimaju dah. Osnovan 1954. godine, istraživački centar svake godine dobija gotovo milijardu evra sredstava iz 22 zemlje članice i trenutno zapošljava više od 2500 naučnika. Više od 12.000 gostujućih naučnika iz celog sveta radi na eksperimentima CERN-a. Najveća svetska laboratorija za fiziku čestica upravlja mrežom od nekoliko akceleratora koji osiguravaju različite čestice za veliki broj eksperimenata. To uključuje mione za istraživanje strukture protona, teške jone za stvaranje stanja materije i radioaktivne jonske zrake za posmatranje egzotičnih jezgara.
Najveći i najmoćniji akcelerator čestica na svetu je LHC. Nalazi se oko 100 metara pod zemljom u kružnom tunelu prečnika oko 27 kilometara. LHC koristi jaka električna polja za prenos energije na snop čestica i vodi zrake kroz sistem pomoću magnetnih polja. Čestice apsorbuju sve više i više energije ubrzanja sve dok ne obiđu LHC gotovo brzinom svetlosti – 11.245 puta u sekundi. Ako se sudare, četiri ogromna detektora – CMS, ATLAS, ALICE i LHCb – registruju šta se događa.
CMS detektor je tehnološki napredan uređaj za detekciju, dug 21 metar, prečnika 15 metara i težak 12.500 tona. Sastoji se od 100 miliona pojedinačnih mernih elemenata, sprovodi do 40 miliona merenja u sekundi i jedan je od najsloženijih i najpreciznijih naučnih instrumenata ikada napravljenih. Kako bi se izbegle greške merenja, svi uticajni faktori moraju biti unutar definisanih odstupanja.
Ti uticajni faktori uključuju i sastav okolnog i ventilacionog vazduha u podzemnim kavernama. Kako bi se osigurao dosledno ispravan rad, vazduh se kontinuirano izvlači i analizira na više od 100 mernih tačaka unutar i izvan detektora. Ovo je tim važnije s obzirom na to da reč „Compact“ u nazivu CMS znači i da ne možete brzo intervenisati svuda. U kritičnoj situaciji, kao što je curenje gasa ili požar u unutrašnjosti detektora, trebalo bi do dve nedelje da se dođe do otvora za nuždu za pristup unutrašnjim područjima.
Nekada je svaka pojedinačna tačka za usisavanje vazduha imala zaseban analitički uređaj, što je dovodilo do visokih troškova. Nadalje, troškovi održavanja i moguća stopa grešaka bili su previsoki za CERN standarde. Od početka 2016. ventilske grupe tipa VTSA osiguravaju da se tokovi vazduha do analitičkih uređaja vode najbržim mogućim putem. Novo rešenje smanjuje broj potrebnih analitičkih uređaja za faktor 10. Protoci vazduha sada se kombinuju centralno i dodeljuju analitičkim uređajima koji su sledeći u nizu. Glavnim ventilima VTSA upravlja se pomoću komprimovanog vazduha, a prednost im je što su neosjetljivi na magnetizam CMS detektora. Ventilska grupa je konfigurisana prema specifičnim zahtevima CERN-a. Najvažnije tehničko prilagođavanje bilo je reverzibilni rad.
U normalnom radu, vazduh iz mernog voda usmerava se kroz ventilsku grupu do sledeće analitičke stanice. Svi ostali merni vodovi pod negativnim pritiskom, dužine jedan metar, istovremeno se trajno usisavaju. Prilikom prebacivanja na sledeći merni vod, trenutni okolni vazduh je zato direktno na odgovarajućem ventilu. Zahvaljujući ovoj fleksibilnoj aplikaciji, visokokvalitetne standardne komponente VTSA nude inteligentno tehničko rešenje koje donosi dugoročnu efikasnost CMS-a i u pogledu performansi i troškova.
Zajednički projekat automatizovane analize vazduha započeo je u avgustu 2015. a jedinice su isporučene krajem oktobra. Novi sistem pušten je u rad početkom 2016. godine. „Festo je bio očit izbor za isporuku ove tehnologije s obzirom na to da u CERN-u i CMS-u već dugi niz godina koristimo Festo proizvode i veoma smo zadovoljni njima“, objašnjava Gerd Fetchenhauer, CMS službenik za bezbednost gasa u CERN-u.
Dok su se u prošlosti kupovale prvenstveno pojedinačne komponente, sistemsko rešenje spremno za ugradnju prvo je takve vrste u dugogodišnjoj saradnji kompanije Festo i CERN-a. Postavlja temelj za slične primene u drugim detektorima Velikog hadronskog sudarača, tako da mali koraci mogu nastaviti voditi do velikih novih naučnih otkrića.