Analyzovať reálne dáta z experimentov na urýchľovači LHC, ako to robia skutoční vedci vo švajčiarskom CERNe, môžu v týchto týždňoch záujemcovia z radoch stredoškolákov po celom svete. V rámci celodenného programu Medzinárodné Masterclasses sa mladým výskumníkom otvárajú okná špičkovej časticovej fyziky. Počas návštev univerzít si môžu vyskúšať prácu na prednej línii základného výskumu a stať sa tak na jeden deň časticovými fyzikmi. Masterclasses v tomto roku prebiehajú od 1. marca do 11. apríla v 52 krajinách na 210 univerzitách.
V aktuálnom ročníku svoje dáta na vzdelávacie účely sprístupnili štyri experimenty – ATLAS, CMS, ALICE a LHCb. „Študenti získajú obraz o modernom fyzikálnom výskume prácou priamo s časticovými fyzikmi na skutočných dátach. Vpriebehu dňa zistia, kedy môže byť vyhlásený vedecký objav,” zdôraznil Michael Kobel, vedúci programu a profesor fyziky z Technickej univerzity v Drážďanoch.
Organizátori programu Medzinárodné Masterclasses zdôrazňujú, že objav Higgsovho bozónu na LHC urýchľovači v lete 2012 viedol k veľkej mediálnej odozve a veľkému záujmu verejnosti. Nosnou myšlienkou programu je nechať študentov pracovať tak, ako to robia skutoční vedci. Na Slovensku sa očakáva účasť viac ako 300 stredoškolákov na siedmich univerzitách. Ivan Melo, časticový fyzik z Katedry fyziky Žilinskej univerzity v Žiline a národný koordinátor podujatia hovorí: „Študenti milujú toto podujatie. Ich nadšenie pre špičkovú vedu nám dodáva krídla. Je to výnimočný deň pre všetkých.”
Termíny na slovenských univerzitách, v zátvorke je experiment a meranie:
- 10. 3. Trenčín (ATLAS W)
- 20. 3. Bratislava (ATLAS W)
- 22. 3. Košice (ATLAS Z)
- 27. 3. Nitra (ATLAS Z)
- 30. 3. Žilina (ATLAS Z)
- 31. 3. Prešov (ATLAS Z)
- 3. 4. Banská Bystrica (ATLAS Z)
Na pôde Katedry jadrovej a subjadrovej fyziky, Ústavu fyzikálnych vied Prírodovedeckej fakulty Univerzity Pavla Jozefa Šafárika v Košiciach sa dňa 22. marca 2017 konal už trinásty ročník International Particle Physics Masterclasses. Pod odborným vedením tamojších fyzikov mohli študenti stredných škôl analyzovať reálne dáta z CERN-ských experimentov a poodhaliť tak podstatu a vlastnosti štruktúry hmoty.
27. marca organizovala toto medzinárodné podujatie pre mladých vedeckých nadšencov Katedra fyziky Fakulty prírodných vied Univerzity Konštantína Filozofa v Nitre v spolupráci so Žilinskou univerzitouv Žiline, Univerzitou Mateja Bela v Banskej Bystrici a občianskym združením Viac ako učenie, za finančnej podpory NKN a technickej podpory Katedry informatiky FPV UKF v Nitre. Na programe boli aj také témy ako štandardný model fyziky elementárnych častíc, experimentálne metódy fyziky vysokých energií či rekonštrukcia bozónu Z a Higgsovho bozónu v experimente ATLAS.
Bratislavská Univerzita Komenského a jej Fakulta matematiky, fyziky a informatiky mala na programe toto podujatie 20. marca. Študentov vyzývali objaviť svet kvarkov a leptónov s pomocou reálnych dát, pričom mohli nájsť odpovede aj na také otázky ako: Aké sú fundamentálne stavebné zložky hmoty? Ako ich môžeme rozoznať? Ktoré sily ich držia pokope? Ako tieto sily fungujú? či Do akej hĺbky boli doteraz poodhalené tajomstvá síl a hmoty?
„Všetkým zúčastneným sa deň páčil. Prvou časťou boli prednášky o Štandardnom modeli fundamentálnych častíc, so špeciálnym zameraním na rozpad istých Z–bozónov, ktorých sa mali týkať nasledujúce cvičenia. Medzi tým bol ešte obed. Na ten som odchádzala s povznášajúcim pocitom, že teóriu kvarkov, miónov a všeličoho ďalšieho mám v malíčku. Škoda len, že ten pocit nevydržal dlho,“ spomína si na svoju skúsenosť s Masterclasses študentka Mária Balgová.
Popisuje, že po obede sa celé osadenstvo Masterclasses vrhlo na dáta zo skutočných experimentov z CERN-u. „Krutá pravda, že elektróny a pozitróny sa nemusia správať podľa mojich očakávaní, prišla veľmi skoro. Krvopotné výsledky cvičenia sa nakoniec zozbierali a spracovali – zostávalo už len čakať na tretiu časť programu, video konferenčné spojenie s univerzitami v Bratislave, Grenade, Barcelone a Varšave a so samotným CERN-om. To sa nakoniec vcelku podarilo.“
Mária Balgová hovorí, že tým sa deň v prostredí ozajstných fyzikov skončil. „Keď som sa večer o šiestej vracala na internát (aj s tričkom, ktoré sa niektorým z nás podarilo vyhrať), mala som pocit, že ak byť fyzikálnym mutantom znamená chodiť na skvelé prednášky a rozprávať sa s ľuďmi zo všetkých kútov sveta, tak potom by som ním naozaj chcela byť.“
Ako pridáva ďalšia z účastníčok Masterclasses Lucia Andreuttiová, študentka Bilingválneho gymnázia v Sučanoch, vďaka optickému mikroskopu vidíme svet, ktorý sa pohybuje v mierke 10-6 metra. „Takto môžeme pozorovať napríklad štruktúru vlasu. Ak by sme chceli zistiť chemické zloženie látok alebo sledovať vírusy, potrebujeme omnoho vyššie zväčšenie, ktoré nám umožní elektrónový mikroskop. Ešte ďalej nás ale pustí LEP urýchľovač, jeho zväčšenie je až 10-18 metra.“
Na Masterclasses sa dozvedela, ako LEP urýchľovač funguje, pričom jej a ďalším nadšeným mladým fyzikom odokryli kúsok časticovej fyziky a pomohli dopracovať sa k záveru, že fyzika nie je len Archimedov zákon, elektrický obvod a silomer. „Počas vlastnoručného vyhodnocovania dát z CERN-u som pochopila, že fyzik môže byť každý, kto chce a nie len ten, kto má šialený účes a bifokálne okuliare. Takého som totiž počas toho dňa ani raz nestretla.“
Hovorí, že Masterclasses sa začali hneď zrána prvou prednáškou; za ňou, po krátkej prestávke, nasledovala ďalšia. „Vtedy som sa už obratnejšie orientovala v pojmoch ako hadróny, leptóny a kvarky a mohla som sa lepšie vcítiť do kože jadrového fyzika. Dozvedela som sa, čo je Higgsov bozón a aj to, že zatiaľ nikto nedokázal jeho existenciu. Po ukončení prednášky sme sa presunuli do univerzitnej menzy na obed. Po obede nasledovala ďalšia – príprava na počítačové cvičenie a následne presun do IT miestností. Vyhodnocovanie dát CERN-u bolo praktickou skúškou toho, čo sme sa naučili. V prípade, že nám to nešlo až tak dobre ako by sme si priali, alebo sme si neboli istí, organizátori boli vždy ochotní pomôcť nám. Vďaka tomu sa nám celkom úspešne podarilo rozlíšiť všetky rozpady častíc.“
Lucia Andreuttiová uvádza, že po celý čas sa dozvedala nové veci. „Prednášky mi rozšírili obzor a ak aj tieto vedomosti nebude nutné využívať v praxi, môžem si byť istá, že ma už nikto nenachytá v nevedomosti. Všetci účastníci vyzerali veľmi spokojne. Možno preto, že sa uspokojila ich túžba vedieť viac o Higgsovom bozóne alebo jednoducho pre to, že boli na jeden celý deň uvoľnení z vyučovania.“
„Ohúrilo ma veľké množstvo rôznych fyzikálnych pokusov, ktoré zamestnali moju myseľ na niekoľko chvíľ,“ pridáva svoje pocity aj Michal Babiak z Katolíckeho gymnázium sv. Františka Assiského, Banská Štiavnica. Tajomstvá časticovej fyziky mu boli vysvetlené veľmi dobrou a pútavou formou s množstvom príkladov, aby to bolo zrozumiteľné aj pre ľudí, ktorí ešte neboli zasvätení do teórií kvantovej fyziky. „Dozvedeli sme sa o množstve iných častíc, z ktorých sa ešte jadro skladá, o časticiach, ktoré sa neustále nachádzajú okolo nás a my sme o tom ani netušili. Ďalej sme prebrali energie častíc, ich hybnosti, náboje a veľa iných vedomostí potrebných na charakterizovanie atómu a všetkého, čo sa v ňom nachádza.“
Po krátkej prestávke sa dostali rovno k téme urýchľovaču častíc nachádzajúcom sa vo výskumnom stredisku CERN, ktorý je vybudovaný čiastočne pod Francúzskom a čiastočne aj pod Švajčiarskom. „Dozvedeli sme sa veľa informácií o tom, čo sa tam vlastne skúma, aké výsledky už výskumníci dosiahli a aké to má využitie v bežnom živote. Bolo nám ukázané zrážanie dvoch rôznych častíc a na aké iné častice sa môžu rozpadnúť podľa určitých zákonitostí.“
Po obede sme si sadli k počítačom a robili prácu ako praví fyzikálni výskumníci v CERNe, opisuje Michal Babiak. „Venovali sme sa rozpadu jadier rôznych častíc, definovali sme ich stav a určovali sme, ktoré častice sa mohli pri danom strete zraziť. Táto práca si ma hneď získala a zatiahla ma do praktického využívania nazbieraných vedomostí z predchádzajúcich prednášok. Výsledky našej práce sa potom posielali priamo do CERNu, kde sa porovnávali s ostatnými školami vo svete.“
Ako poslednú mali videokonferenciu s pracovníkmi vo výskumnom stredisku priamo v CERNe. „Rozprávali sa s nami po anglicky a mali sme možnosť sa ich čokoľvek spýtať, čo by nás zaujímalo. Potom nám zadali pár kvízových otázok týkajúcich sa kvantovej fyziky. Za najväčší počet bodov z kvízu sme mohli vyhrať tričko. Mne s kolegom Janom Hankom to síce nevyšlo, i keď sme tie tričká veľmi chceli vyhrať, lebo vyzerali skvele. Tak sme sa museli zmieriť s prehrou, ale aj tak sme po skončení celého výskumného dňa odchádzali nadšení a plní nových vedomostí a zážitkov, na ktoré nikdy nezabudneme,“ dodal Michal Babiak.
Aby sa simulovalo skutočné pracovné vedecké prostredie, každý deň Masterclasses končí videokonferenciou, počas ktorej sa skupiny študentov z rôznych krajín spájajú s dvoma moderátormi v CERNe alebo vo Fermilabe (Batavia, Illinois, USA), aby skombinovali a prediskutovali svoje výsledky. Majú tiež príležitosť otestovať moderátorov svojimi otázkami.
Medzinárodné Masterclasses sú vedené Technickou univerzitou v Drážďanoch a Quark Netom v úzkej spolupráci s International Particle Physics Outreach Group (IPPOG). Cieľom IPPOGu je sprístupniť časticovú fyziku verejnosti.
Informácie poskytol: Ivan Melo, časticový fyzik z Katedry fyziky Žilinskej univerzity v Žiline a národný koordinátor podujatia Medzinárodné Masterclasses
Spracovala: Slávka Habrmanová, NCP VaT pri CVTI SR
Foto: Svet častíc
Uverejnila: ZVČ