ในห้องปฏิบัติการวิจัยที่ใหญ่ที่สุดสำหรับฟิสิกส์อนุภาค CERN นักวิทยาศาสตร์หลายพันคนกำลังถอดรหัสความลึกลับของฟิสิกส์ที่ยังแก้ไม่ได้ เทคโนโลยีระบบอัตโนมัติที่ใช้อย่างชาญฉลาดและยืดหยุ่น รองรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์อย่างมีประสิทธิภาพ วาล์วเทอร์มินัล Festo VTSA ควบคุมกระบวนการวิเคราะห์ของการทดลองภายในและอากาศในโพรงบนเครื่องตรวจจับ "Compact Muon Solenoid" (CMS)
ใต้ดินลึกใกล้ทะเลสาบเจนีวา เครื่องตรวจจับขนาดยักษ์ที่เครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ของ CERN (องค์กรยุโรปสำหรับฟิสิกส์อนุภาคพลังงานสูง) Large Hadron Collider (LHC) ลอดผ่านกระแสของอนุภาคย่อยและรวบรวมข้อมูลจำนวนมหาศาลที่อัลกอริธึมทรงพลังประเมิน เทคโนโลยีสมัยใหม่ทำให้มองเห็นได้ในวงกว้าง ซึ่งยึดส่วนเล็กๆ ของจักรวาลไว้ด้วยกันดังที่เราทราบดี
เหตุการณ์สำคัญในฟิสิกส์ของอนุภาค คือ การค้นพบอนุภาคย่อยของอะตอมที่เรียกว่า อนุภาคฮิกส์ในปี 2012 ที่ CERN นักวิทยาศาสตร์ Robert Brout, François Englert และ Peter Higgs ทำนายการมีอยู่ของมันไว้ตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1960 ยึดเคร่งครัดตามแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ที่ใช้ในขณะนั้น มวลไม่อาจมีได้ อนุภาคของอะตอมควรจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง อย่างไรก็ตาม นี่หมายความว่า มันไม่มีมวล อย่างไรก็ตาม นักวิจัยทั้งสามคนได้พัฒนาทฤษฎีของสนามฮิกส์ สันนิษฐานว่าสนามฮิกส์ทำให้อนุภาคที่เล็กที่สุดช้าลง เทียบได้กับทรงกลมเล็ก ๆ ที่บินผ่านน้ำผึ้ง และให้ความเฉื่อยและมวลแก่พวกมัน และแน่นอน 50 ปีต่อมา ถึงเวลาแล้ว ในการทดลองใน LHC โปรตอนถูกเร่งจนเกือบเป็นความเร็วแสงเพื่อให้พวกมันชนกัน ในกระบวนการนี้ อนุภาคฮิกส์ถูกปล่อยออกมาจากสนามฮิกส์ สามารถวัดได้และตรวจจับได้จริง การมีอยู่ของสสารได้รับการพิสูจน์แล้ว Higgs และ Englert ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ สำหรับทฤษฎีของพวกเขาในปี 2013 โดย Brout เสียชีวิตในปี 2011
การวิจัยที่ CERN หมายถึง งานวิจัยวิทยาศาสตร์ในระดับที่น่าทึ่ง ศูนย์วิจัยแห่งนี้ก่อตั้งขึ้นในปี 1954 ซึ่งได้รับทุนสนับสนุนจาก 22 ประเทศด้วยเงินเกือบ 1 พันล้านยูโรต่อปี ปัจจุบันมีนักวิทยาศาสตร์มากกว่า 2,500 คน นักวิทยาศาสตร์รับเชิญกว่า 12,000 คนจากทั่วทุกมุมโลกทำงานเกี่ยวกับการทดลองของ CERN ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์อนุภาคที่ใหญ่ที่สุดในโลก ดำเนินการเครื่องเร่งอนุภาคหลายคู่ที่ให้อนุภาคประเภทต่างๆ สำหรับการทดลองที่หลากหลาย ซึ่งรวมถึง มิวออนสำหรับตรวจสอบโครงสร้างของโปรตอน ไอออนหนักสำหรับสร้างสถานะใหม่ของสสาร และลำไอออนกัมมันตภาพรังสีสำหรับการสังเกตนิวเคลียสแปลกใหม่
เครื่องเร่งอนุภาคที่ใหญ่และทรงพลังที่สุดในโลกคือ LHC อยู่ใต้ดินประมาณ 100 เมตร ในอุโมงค์ทรงกลม มีเส้นรอบวงประมาณ 27 กิโลเมตร LHC ใช้สนามไฟฟ้าแรงสูงในการถ่ายโอนพลังงานไปยังลำอนุภาค และใช้สนามแม่เหล็กเพื่อนำทางลำแสงผ่านอาคารสถานที่ อนุภาคดูดซับพลังงานความเร่งมากขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งโคจรรอบ LHC ที่ความเร็วเกือบเท่าแสง – ที่ 11,245 ครั้งต่อวินาที หากชนกัน เครื่องตรวจจับขนาดใหญ่สี่เครื่อง ได้แก่ CMS, ATLAS, ALICE และ LHCb จะบันทึกสิ่งที่เกิดขึ้น
เครื่องเร่งอนุภาค LHC ตั้งอยู่ในพื้นที่ชายแดนระหว่างฝรั่งเศสและสวิตเซอร์แลนด์ และมีความลึกประมาณ 100 เมตร
เครื่องตรวจจับ CMS เป็นอุปกรณ์ตรวจจับขั้นสูงทางเทคโนโลยี ยาว 21 เมตร เส้นผ่านศูนย์กลาง 15 เมตร และหนัก 12,500 ตัน ประกอบด้วยองค์ประกอบการวัด 100 ล้านชิ้น โดยทำการวัดได้ถึง 40 ล้านครั้งต่อวินาที และถือเป็นหนึ่งในเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อนและแม่นยำที่สุดเท่าที่เคยมีมา เพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดในการวัด ปัจจัยที่มีอิทธิพลทั้งหมดต้องอยู่ภายในค่าความคลาดเคลื่อนที่กำหนด
ปัจจัยที่มีอิทธิพลเหล่านี้ ยังรวมถึงองค์ประกอบของบรรยากาศโดยรอบ และอากาศหายใจในถ้ำทดลองใต้ดินด้วย อากาศจะถูกสุ่มตัวอย่างอย่างต่อเนื่อง และวิเคราะห์ที่จุดตรวจวัดมากกว่า 100 จุดทั้งภายในและภายนอกเครื่องตรวจจับ เพื่อระบุสภาวะที่สมบูรณ์แบบอย่างสม่ำเสมอ ทั้งหมดนี้มีความสำคัญมากกว่าเพราะ "กะทัดรัด" ตามที่อยู่ในชื่อการทดสอบ CMS ก็หมายความว่า เราไม่สามารถเข้าไปแทรกแซงได้อย่างรวดเร็วในทุกที่และทุกจุด เนื่องจากในกรณีที่เกิดสถานการณ์วิกฤติ เช่น ก๊าซรั่วหรือไฟไหม้ภายในเครื่องตรวจจับ อาจต้องใช้เวลาถึง 2 สัปดาห์ในการเข้าถึงพื้นที่ภายในผ่านทางช่องเปิดฉุกเฉิน
ในอดีต จุดสุ่มตัวอย่างอากาศแต่ละจุด มีอุปกรณ์วิเคราะห์ของตัวเอง ซึ่งทำให้มีค่าใช้จ่ายสูง ความพยายามในการบำรุงรักษาและอัตราข้อผิดพลาดที่เป็นไปได้นั้นสูงเกินไปสำหรับมาตรฐาน CERN ตั้งแต่ต้นปี 2016 วาล์วเทอร์มินัลประเภท VTSA ช่วยให้มั่นใจได้ว่าการไหลของอากาศจะถูกส่งไปยังอุปกรณ์วิเคราะห์โดยเร็วที่สุด โซลูชันใหม่นี้ลดจำนวนอุปกรณ์วิเคราะห์ที่ต้องใช้ลง 10 เท่า กระแสลมจะถูกรวมเข้าด้วยกันจากส่วนกลางและกำหนดให้กับอุปกรณ์วิเคราะห์ปลาย วาล์วหลักของ VTSA ซึ่งนำร่องโดยอากาศอัด มีข้อดีคือ ไม่ไวต่อแม่เหล็กของเครื่องตรวจจับ CMS วาล์วเทอร์มินัลได้รับการกำหนดค่าตามข้อกำหนดเฉพาะสำหรับการใช้งานที่ CERN การปรับตัวทางเทคนิคที่สำคัญที่สุด: การทำงานแบบย้อนกลับได้
ในการทำงานปกติ อากาศที่จะวิเคราะห์จะถูกส่งผ่านตัวนำการวัดผ่านวาล์วเทอร์มินัลไปยังสถานีวิเคราะห์ปลาย ในเวลาเดียวกัน ตัวนำการวัดความยาวเมตรอื่นๆ ทั้งหมดจะถูกดูดอย่างถาวรในโหมดสุญญากาศ เมื่อเปลี่ยนไปใช้ตัวนำการวัดถัดไป อากาศแวดล้อมในปัจจุบันจึงอยู่ที่วาล์วที่เกี่ยวข้องโดยตรง ด้วยแอปพลิเคชันที่ยืดหยุ่นนี้ ส่วนประกอบมาตรฐานคุณภาพสูงของ VTSA นำเสนอโซลูชันทางเทคนิคอัจฉริยะที่ช่วยให้ CMS มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นอย่างยั่งยืนในแง่ของประสิทธิภาพและต้นทุน
โครงการร่วมของการวิเคราะห์อากาศอัตโนมัติ เริ่มต้นในเดือนสิงหาคม 2015 หน่วยถูกส่งมอบเมื่อปลายเดือนตุลาคม ระบบใหม่เริ่มใช้งานเมื่อต้นปี 2016 "เราเลือก Festo เป็นซัพพลายเออร์ของเทคโนโลยีนี้ เนื่องจากเราใช้ผลิตภัณฑ์ Festo ที่ CERN และ CMS มาหลายปีเพื่อความพึงพอใจสูงสุดของเรา" Gerd Fetchenhauer เจ้าหน้าที่ความปลอดภัยก๊าซ CMS ของ CERN อธิบาย
จนถึงขณะนี้ ส่วนประกอบแต่ละส่วน ส่วนใหญ่ได้รับการจัดหามา แต่โซลูชันระบบพร้อมติดตั้งถือเป็นครั้งแรกในความร่วมมือระหว่าง Festo และ CERN เป็นเวลาหลายปี และสามารถสร้างพื้นฐานสำหรับการใช้งานที่คล้ายคลึงกันในเครื่องตรวจจับอื่นๆ ของ Large Hadron Collider เพื่อที่ขั้นตอนเล็กๆ หลายก้าวจะนำไปสู่การค้นพบทางวิทยาศาสตร์ครั้งสำคัญครั้งใหม่ต่อไปในอนาคต