Globoko pod zemljo, blizu Ženevskega jezera, velikanski detektorji v CERN-ovem (Evropska organizacija za fiziko visokih energijskih delcev) pospeševalniku delcev, velikem hadronskem trkalniku (LHC), presejajo tok subatomskih delcev in zbirajo ogromne količine podatkov, ki jih ocenjujejo zmogljivi algoritmi. Sodobne tehnologije omogočajo, da je v velikem obsegu vidno to, kar v majhnem obsegu povezuje vesolje, kot ga poznamo.
Mejnik v fiziki delcev je bilo odkritje subatomskega delca, tako imenovanega Higgsovega delca, v CERN-u leta 2012. Že v šestdesetih letih prejšnjega stoletja so znanstveniki Robert Brout, François Englert in Peter Higgs napovedali njegov obstoj. V skladu s takrat veljavnim standardnim modelom fizike strogo gledano masa ne bi mogla obstajati. Subatomski delci naj bi se dejansko gibali s svetlobno hitrostjo. Vendar pa zaradi tega ne bi imeli nobene mase. Kljub temu so trije raziskovalci razvili teorijo Higgsovega polja. Higgsovo polje upočasnjuje najmanjše delce – primerljivo s kroglicami, ki letijo v medu – in jim domnevno daje vztrajnost ter s tem maso. In res, 50 let pozneje je napočil čas: v poskusih v LHC so protone pospešili skoraj do svetlobne hitrosti, da bi trčili drug ob drugega. Pri tem so se iz Higgsovega polja sprostili Higgsovi delci, ki jih je bilo mogoče izmeriti in tako dejansko zaznati. Dokazan je bil obstoj snovi. Higgs in Englert sta za svojo teorijo leta 2013 prejela Nobelovo nagrado za fiziko, Brout pa je umrl leta 2011.
V CERN-u raziskave pomenijo znanstveno delo osupljivega obsega. Raziskovalni center, ki je bil ustanovljen leta 1954 in ga 22 držav financira v višini skoraj milijarde evrov na leto, danes zaposluje več kot 2.500 znanstvenikov. Pri poskusih v CERN-u sodeluje več kot 12.000 gostujočih znanstvenikov z vsega sveta. V največjem svetovnem laboratoriju za fiziko delcev deluje več medsebojno povezanih pospeševalnikov, ki zagotavljajo različne vrste delcev za različne poskuse. To so mioni za preučevanje strukture protona, težki ioni za ustvarjanje novih stanj snovi in radioaktivni ionski snopi za opazovanje eksotičnih jeder.
Največji in najmočnejši pospeševalnik delcev na svetu je LHC. Nahaja se približno 100 metrov globoko pod zemljo v krožnem predoru z obsegom približno 27 kilometrov. LHC uporablja močna električna polja za prenos energije na snope delcev, snope pa vodi skozi objekt s pomočjo magnetnih polj. Pri tem delci absorbirajo vedno več pospeševalne energije, dokler ne obkrožijo LHC s skoraj svetlobno hitrostjo – 11.245-krat na sekundo. Če trčijo, štirje veliki detektorji – CMS, ATLAS, ALICE in LHCb – zabeležijo, kaj se zgodi.
Detektor CMS je tehnološko napredna naprava za odkrivanje, dolga 21 metrov, s premerom 15 metrov in težka 12.500 ton. Sestavljen je iz 100 milijonov posameznih merilnih elementov, opravi do 40 milijonov meritev na sekundo in velja za enega najbolj zapletenih in natančnih znanstvenih instrumentov, kar jih je bilo kdaj koli zgrajenih. Da bi se izognili napakam pri meritvah, morajo biti vsi vplivni dejavniki v okviru opredeljenih toleranc.
Ti vplivni dejavniki vključujejo tudi sestavo zunanjega zraka in zraka za dihanje v podzemnih poskusnih jamah. Za ugotavljanje stalnega popolnega stanja se zato zrak v detektorju in zunaj njega neprekinjeno zajema in analizira na več kot 100 merilnih točkah. To je še toliko bolj pomembno, saj "kompaktnost", kot jo vsebuje ime eksperimenta CMS, pomeni tudi, da ni mogoče hitro posredovati povsod in na vsaki točki. V primeru kritičnih razmer, kot je puščanje plina ali požar v detektorju, bi namreč za dostop do notranjih prostorov prek zasilnih odprtin potrebovali do dva tedna.
V preteklosti je za vsako posamezno mesto vzorčenja zraka deloval ločeni analizator, kar je povzročilo visoke stroške. Tudi vzdrževanje in možna stopnja napak so bili po standardih CERN-a preveliki. Ventilski otoki tipa VTSA od začetka leta 2016 zagotavljajo, da se zračni tokovi najhitreje vodijo do analiznih naprav. Nova rešitev zmanjšuje število potrebnih analitičnih naprav za faktor 10. Zračni tokovi se zdaj združujejo centralno in se v nadaljnjih fazah postopka dodeljujejo analizatorjem. Prednost glavnih ventilov VTSA, ki jih upravlja pilot s stisnjenim zrakom, je neobčutljivost na magnetizem detektorja CMS. Za uporabo v CERN-u je bil ventilski otok konfiguriran v skladu z individualnimi zahtevami. Najpomembnejša tehnična prilagoditev: reverzibilno delovanje.
Pri normalnem delovanju se zrak, ki ga je treba analizirati, dovaja iz merilnega voda prek ventilskega otoka do postaje za analizo. Hkrati se med delovanjem s podtlakom stalno sesajo vsi drugi metrski merilni vodi. Pri preklopu na naslednji merilni vod je tako trenutni okoliški zrak neposredno prisoten na ustreznem ventilu. S to prilagodljivo uporabo visokokakovostne standardne komponente VTSA zagotavljajo inteligentno tehnično rešitev, ki sistemu CMS omogoča trajnostno povečanje učinkovitosti na ravni zmogljivosti in stroškov.
Skupni projekt samodejne analize zraka se je začel avgusta 2015, enote pa so bile dobavljene konec oktobra. Novi sistem je začel delovati v začetku leta 2016. "Izbira podjetja Festo kot dobavitelja te tehnologije je bila za nas že samoumevna, saj v CERN-u in CMS-u v svoje popolno zadovoljstvo že leta uporabljamo izdelke Festo," pojasnjuje Gerd Fetchenhauer, uradnik za plinsko varnost pri CMS-u v CERN-u.
Medtem ko so se v preteklosti večinoma kupovale posamezne komponente, je sistemska rešitev, pripravljena za namestitev, prva tovrstna rešitev v dolgoletnem sodelovanju med podjetjema Festo in CERN in je lahko podlaga za podobne aplikacije v drugih detektorjih velikega hadronskega trkalnika. Tako bodo tudi v prihodnosti številni majhni koraki vodili do novih velikih znanstvenih odkritij.