Hlboko pod zemou neďaleko Ženevského jazera obrovské detektory vo Veľkom hadrónovom urýchľovači (LHC) v stredisku organizácie CERN (Európska organizácia pre jadrový výskum) preosievajú prúd subatomárnych častíc a zhromažďujú obrovské množstvá údajov, ktoré sa vyhodnocujú pomocou výkonných algoritmov. Moderné technológie zviditeľňujú to, čo drží vesmír, ako ho poznáme, pohromade.
Medzníkom vo fyzike častíc bol v stredisku CERN objav subatomárnej častice, takzvaného Higgsovho bozónu, v roku 2012. Vedci Robert Brout, François Englert a Peter Higgs už v 60. rokoch predpovedali jej existenciu. Podľa vtedy platného štandardného modelu fyziky nemala mať žiadnu hmotnosť. Subatomárne častice sa mali v skutočnosti pohybovať rýchlosťou svetla. Preto nemali mať žiadnu hmotnosť. Napriek tomu títo traja vedci vyvinuli teóriu Higgsovho poľa. Higgsovo pole spomaľuje najmenšie častice – tak ako med spomaľuje guľôčky, ktoré cezeň preletia – a dáva im zotrvačnosť, a teda hmotnosť. To bol predpoklad. A o 50 rokov neskôr prišiel ten správny čas: v experimentoch v LHC sa protóny urýchľovali takmer na rýchlosť svetla, aby sa navzájom zrazili. Higgsove bozóny sa z Higgsovho poľa uvoľnili a dali sa merať, takže boli skutočne dokázateľné. Existencia hmoty sa dokázala. Higgs a Englert dostali za svoju teóriu v roku 2013 Nobelovu cenu za fyziku, Brout zomrel v roku 2011.
Výskum v CERN-e predstavuje vedeckú prácu v úchvatných dimenziách. Toto výskumné centrum bolo založené v roku 1954, je financované 22 krajinami takmer miliardou eur ročne a v súčasnosti v ňom pracuje viac ako 2 500 vedcov. Experimenty robí v CERN-e viac ako 12 000 hosťujúcich vedcov z celého sveta. Toto najväčšie laboratórium fyziky častíc na svete prevádzkuje niekoľko prepojených urýchľovačov, ktoré poskytujú rôzne typy častíc pre rôzne experimenty. Patria sem mióny na výskum štruktúry protónu, ťažké ióny na vytváranie nových stavov hmoty a rádioaktívne iónové lúče na pozorovanie exotických jadier.
Najväčším a najvýkonnejším urýchľovačom častíc na svete je LHC. Nachádza sa asi 100 metrov pod zemou v tuneli v tvare kružnice s obvodom asi 27 kilometrov. LHC využíva silné elektrické polia na prenos energie do lúčov častíc a vedie lúče zariadením pomocou magnetických polí. Častice absorbujú čoraz viac urýchľovacej energie, až kým neobiehajú cez LHC takmer rýchlosťou svetla – 11 245-krát za sekundu. Ak sa zrazia, štyri obrovské detektory, CMS, ATLAS, ALICE a LHCb, zaregistrujú, čo sa stalo.
CMS detektor je technologicky vysoko vyvinuté detekčné zariadenie s dĺžkou 21 metrov, priemerom 15 metrov a hmotnosťou 12 500 ton. Skladá sa zo 100 miliónov samostatných meracích členov, vykonáva až 40 miliónov meraní za sekundu a považuje sa za jeden z najkomplexnejších a najpresnejších vedeckých prístrojov, aké boli kedy vyrobené. Aby sa predišlo chybám merania, musia byť všetky ovplyvňujúce faktory v rámci stanovených tolerancií.
Medzi ovplyvňujúce faktory patrí aj zloženie okolitého a dýchaného vzduchu v podzemných experimentálnych kavernách. S cieľom zabezpečiť trvalo bezchybný stav sa vzduch nepretržite odoberá a analyzuje na viac ako 100 meracích bodoch vo vnútri aj mimo detektora. Je to veľmi dôležité, keďže „kompaktnosť" v názve detektora CMS tiež znamená, že nemôžete rýchlo zakročiť všade a hneď. V prípade kritickej situácie, ako je únik plynu alebo požiar vnútri detektora, by bol možný prístup do vnútorných priestorov núdzovými otvormi až o 2 týždne.
V minulosti bolo pre každý bod na odobratie vzduchu k dispozícii samostatné analytické zariadenie, čo bolo veľmi nákladné. Chybovosť a náklady na údržbu boli vzhľadom na štandardy CERN tiež príliš vysoké. Od začiatku roku 2016 ventilové terminály typu VTSA zabezpečujú, aby boli prúdy vzduchu vedené k analytickým zariadeniam čo najrýchlejšie. Toto nové riešenie znižuje počet požadovaných analytických zariadení 10-násobne. Prúdy vzduchu sa centrálne spájajú a privádzajú k zariadeniam na analýzu. Hlavné ventily VTSA poháňané stlačeným vzduchom majú tú výhodu, že nie sú citlivé na magnetizmus detektora CMS. Ventilový terminál bol nakonfigurovaný tak, aby vyhovoval individuálnym požiadavkám na použitie v CERN-e. Najdôležitejšia technická úprava: reverzibilná prevádzka.
Pri normálnej prevádzke je vzduch v meracom vedení, ktorý sa má analyzovať, vedený cez ventilový terminál do ďalšej analytickej stanice. Medzitým sa všetky ostatné niekoľkometrové meracie vedenia trvalo nasávajú v režime podtlaku. Pri prechode na ďalšie meracie vedenie je teda aktuálny okolitý vzduch priamo na príslušnom ventile. Vďaka tejto flexibilnej aplikácii ponúkajú vysokokvalitné štandardné komponenty VTSA inteligentné technické riešenie, vďaka ktorému môže byť CMS udržateľne efektívnejší z hľadiska výkonu a nákladov.
Spoločný projekt automatizovanej analýzy vzduchu sa začal v auguste 2015, jednotky boli dodané koncom októbra. Nový systém bol uvedený do prevádzky začiatkom roka 2016. „Za dodávateľa tejto technológie sme si bez váhania vybrali spoločnosť Festo, pretože už roky používame produkty Festo v CERN-e a CMS a sme s nimi maximálne spokojní,“ vysvetľuje Gerd Fetchenhauer, CMS Gas Safety Officer v CERN-e.
Predtým sa nakupovali hlavne jednotlivé komponenty, ale systémové riešenie pripravené na inštaláciu je prvé svojho druhu pri dlhoročnej spolupráci medzi spoločnosťami Festo a CERN a môže tvoriť základ pre podobné aplikácie aj v iných detektoroch vo Veľkom hadrónovom urýchľovači. Aby aj v budúcnosti veľa malých krokov viedlo k novým, veľkým vedeckým objavom.