Από τα μυστικά του Big Bang στο Web και το Grid CERN: Από τα μυστικά του Big Bang στο Web και το Grid

5ο ΓΕΝΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΙΛΙΟΥ ΟΜΑΔΑ Β ΟΜΑΔΑ Α «ΤΑ ΓΛΟΥΟΝΙΑ «ΤΑ ΦΕΡΜΙΟΝΙΑ» Συντονίστριες καθηγήτριες: Ευγενία Ποτηριάδου, Φυσικός Κατερίνα Ντεγιάννη, Αγγλικής ΟΜΑΔΑ Α «ΤΑ ΦΕΡΜΙΟΝΙΑ» Κοκολάκης Γεώργιος Μεταλλίδου Ιωάννα Φακούδης Ευάγγελος Χριστόπουλος Χρήστος ΟΜΑΔΑ Β «ΤΑ ΓΛΟΥΟΝΙΑ (ΟΙ ΚΟΛΙΤΣΗΔΕΣ)» Γιόβα Σμαράγδα Κουτσοσπύρος Ευάγγελος Ντεμίρης Διονύσιος Τσουλάκου Ελευθερία ΟΜΑΔΑ Γ «ΤΑ ΚΟΥΑΡΚΣ» Βούρδα Χρυσούλα Θεοδώρου Αθηνά Κοροβέσης Ιωάννης Νικολάκης Αντώνιος ΟΜΑΔΑ Δ «ΤΑ ΜΠΟΖΟΝΙΑ» Οικονόμου Παναγιώτα Σιώτης Ευάγγελος Τσιάβος Νικόλαος Φακούδης Μάριος Χρηστάκη Ευαγγελία Τάξη: Β΄ Σχολ. έτος: 2012-2013

CERN: Γιατί το μελετήσαμε Η πρόσφατη ανακάλυψη πιθανότατα του μποζονίου Higgs και ο ενθουσιασμός που προκάλεσε η ανακάλυψη αυτή στην επιστη-μονική κοινότητα αλλά και το ενδιαφέρον ολόκληρης της ανθρωπότητας, μας παρακίνησε να μάθουμε τι ακριβώς γίνεται στο CERN και με τι ασχολούνται οι επιστήμονες της Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων. Η μελέτη του μικρόκοσμου μας προκαλεί δέος και διεγείρει την περιέργειά μας.

Τα ερωτήματα – Τα υποερωτήματα ΟΜΑΔΑ Α «ΤΑ ΦΕΡΜΙΟΝΙΑ» ΟΜΑΔΑ Β «ΤΑ ΓΛΟΥΟΝΙΑ » ΟΜΑΔΑ Γ «ΤΑ ΚΟΥΑΡΚΣ» ΟΜΑΔΑ Δ «ΤΑ ΜΠΟΖΟΝΙΑ» Τι είδους οργανισμός είναι το CERN; Τι είναι το CERN και ποια η προέλευση του ονόματός του; Ποια είναι η αποστολή του; Ποια είναι η δομή του; Τι σημαίνει συνερ-γασία για το CERN; Ποιες ήταν οι μεγάλες στιγμές του CERN; Γιατί να γίνεται βασι-κή έρευνα; Βασική Επιστήμη & Μεταφο-ρά Τεχνολογίας. Τι είναι ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC); LHC: Γιατί; Πώς λειτουργεί; Ποιά είναι τα πειράματα του LHC; GRID: Επεξεργασία δεδομένων του LHC Ποιες είναι οι ακραίες συνθήκες λειτουργίας του LHC; Ποιες είναι οι χρονολογίες ορόσημα του LHC; Πώς γίνεται η έρευνα στο CERN; Πώς λειτουργεί ένας επιταχυντής; Πώς λειτουργεί ένας ανιχνευτής; Ανάλυση δεδομένων Τι είναι το σύμπλεγ-μα των επιταχυντών του CERN; Τι είναι το Σύγχρο-τρον πρωτονίων(PS); Τι είναι ο CLIC; Άλλα πειράματα που γίνονται στο CERN Με τι ασχολείται η Φυσική των Υψηλών Ενεργειών; Ποια είναι τα βασικά συστατικά του Σύμπα-ντος; Τι περιγράφει το Καθιερωμένο Πρότυπο; Τι εννοούμε λέγοντας ενοποίηση δυνάμεων; Το μποζόνιο Higgs Τι είναι η αντιύλη; Τι είναι η σκοτεινή ύλη και ενέργεια; Τι μας λέει η θεωρία των χορδών;

Τα εργαλεία – Η μέθοδος Πώς δουλέψαμε: Δημιουργία 4 ομάδων Η κάθε ομάδα ασχολήθηκε με ένα από τα 4 ερωτήματα της ερευνητικής εργασίας, καθένα από τα οποία αναλύθηκε στα επιμέρους υποερωτήματα/υποθέματα Καταιγισμός ιδεών (brainstorming), διάλο-γος, ανακαλυπτική μέθοδος, ανάλυση πειραματικών δεδομένων, συμπεράσματα Τακτικές παρουσιάσεις της μιας ομάδας στην άλλη κατά τη διάρκεια του σχ. έτους Πώς δουλέψαμε: Γνωστικό μέρος της ερευνητικής εργασίας Αναζήτηση πληροφορίας (από Internet, βιβλία, εφημερίδες, εκλαϊκευτικά επιστημονικά περιοδικά) Παρακολούθηση παρουσίασης, ντοκιμαντέρ, βίντεο Βασικές γνώσεις Ηλεκτρομαγνητισμού και δομής της ύλης

Τα εργαλεία – Η μέθοδος Πρακτικό μέρος της ερευνητικής εργασίας Ασχοληθήκαμε με προσομοιώσεις αλλά και διαδραστικά παιχνίδια που σχετίζονται με τη λειτουργία των επιταχυντών και των ανιχνευτών «Βρήκαμε» το σωματίδιο Higgs(!) με τη βοήθεια του λογισμικού HYPATIA. Η άσκηση πραγματοποιήθηκε με πραγματικά γεγονότα που συλλέχτηκαν από το πείραμα ATLAS στο CERN Δημιουργήσαμε ερωτηματολόγιο για τη διερεύνηση της ενημέρωσης των ανθρώπων σχετικά με το CERN Γράψαμε στίχους και κάναμε την απόδοση τραγουδιού με μουσική rap Δημιουργήσαμε αφίσες Επισκεφθήκαμε το ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος», συγκεκριμένα τα Ινστιτού-τα: Πυρηνικής και Σωματιδιακής Φυσικής Προηγμένων Υλικών, Φυσικοχημικών Διεργασιών, Νανο- τεχνολογίας και Μικροσυστημάτων Βιοεπιστημών και Εφαρμογών

To CERN είναι το Ευρωπαϊκό Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών Πήρε το όνομά του από το ακρωνύμιο του γαλλικού «Conseil Europeen pour la Recherche» Είναι ένα εργαστήριο που μελετά τους θεμελιώδεις λίθους της ύλης και τις δυνάμεις που ασκούνται ανάμεσά τους. Βρίσκεται στα Γαλλο-Ελβετικά σύνορα κοντά στην Γενεύη

Η συνεργασία στο CERN Σήμερα, το CERN έχει 20 κράτη-μέλη Η Ελλάδα είναι μέλος από την αρχή της ίδρυσής του Οι εγκαταστάσεις του CERN χρησιμοποιούνται από περίπου 608 ινστιτούτα και πανεπιστήμια παγκοσμίως και περισσότερους από 11000 επιστημονικούς συνεργάτες Είναι το τέλειο παράδειγμα διεθνούς συνεργασίας

Η αποστολή του CERN Η βασική έρευνα: αναζητά απαντήσεις σε ερωτήματα σχετικά με το Σύμπαν. Από τι αποτελείται; Πώς έφτασε στη σημερινή του μορφή; Στο CERN, χρησιμοποιούνται τα πιο μεγάλα και πιο πολύπλοκα μηχανήματα που κατασκευάστηκαν ποτέ για τη μελέτη των θεμελιωδών λίθων που αποτελούν την ύλη, των στοιχειωδών σωματιδίων. Μελετώντας τις συγκρούσεις των σωματιδίων αυτών, οι επιστήμονες εξάγουν συμπεράσματα για τους νόμους της Φύσης.

Βασική έρευνα στο CERN: ΓΙΑΤΙ; Είναι η βασική έρευνα μια περιττή πολυτέλεια; Μακροπρόθεσμα οφέλη Όταν ο J.J. Thomson, το 1897, ανακάλυψε το ηλεκτρόνιο, το έκανε στα πλαίσια της βασικής έρευνας, προσδοκώντας μεγαλύτερη κατανόηση των νόμων της Φύσης, χωρίς να έχει την παραμικρή ιδέα για τις εφαρμογές στη βιομηχανία. Λίγοι επιστήμονες έχουν την προ- νοητικότητα του Faraday ο οποίος, σε απάντηση της ερώτησης του Gladstone, Υπουργού Οικονομικών της Μεγάλης Βρετανίας, "Ποια η χρησιμότητα του ηλεκτρισμού;" είπε "Μια μέρα Κύριε μπορεί να τον φορολογήσετε". Σήμερα: Μεταφορά τεχνολογίας από το CERN στην κοινωνία Ανακάλυψη του web και του Grid Εφαρμογές στην Ιατρική: Στην Ιατρική διάγνωση (π.χ.: απεικόνιση PET) Στη θεραπεία του καρκίνου Στη διαχείριση και ανάλυση ιατρικών δεδομένων μέσω του Grid

Τι είναι ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) Large Hadron Collider Είναι το μεγαλύτερο μηχάνημα στον κό-σμο, το οποίο επιταχύ-νει δύο δέσμες σωμα-τιδίων σε αντίθετες κατευθύνσεις με ταχύ-τητα μεγαλύτερη από το 99.9% της ταχύτη-τας του φωτός. Η σύγκρουση των δε-σμών παράγει καταιγι-σμό νέων σωματιδίων τα οποία μελετούν οι φυσικοί.

Τα 4 μεγάλα πειράματα του LHC CMS ALICE ATLAS LHC-b

Η έρευνα στο CERN Τα μηχανήματα που χρησιμοποιούνται στο CERN είναι επιταχυντές και ανιχνευτές Οι επιταχυντές επιταχύνουν τα σωματίδια ώστε να συγκρουστούν μεταξύ τους ή με στόχους, κι έτσι να δημιουργηθούν συνθήκες παρόμοιες με αυτές που υπήρχαν τις πρώτες στιγμές του Σύμπαντος. Οι ανιχνευτές παρατηρούν και καταγράφουν τα αποτελέσματα των συγκρούσεων.

Η Φυσική Υψηλών Ενεργειών στον LHC Γιατί υπάρχουν αναπάντητα ερωτήματα… Τις τελευταίες δεκαετίες, οι Φυσικοί έχουν περιγράψει τα στοιχειώδη σωματίδια και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους με τη βοήθεια του Καθιερωμένου Προτύπου (Standard Model). Υπάρχει, όμως, κάτι που λείπει… Γιατί ο Νεύτωνας δεν μας είπε κάτι… Ποια είναι η προέλευση της μάζας; Η απάντηση στο ερώτημα αυτό ήρθε πιθανότατα το καλοκαίρι που μας πέρασε με την ανακοίνωση της 4ης Ιουλίου 2012 και την ιστορικής σημασίας ανακάλυψη ενός σωματιδίου που μοιάζει με το μποζόνιο Higgs. Γιατί κάτι δεν βλέπουμε… Ό,τι βλέπουμε είναι η ύλη και αποτελεί το 4% του Σύμπαντος. Το υπόλοιπο 96% είναι σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια.

Η Φυσική Υψηλών Ενεργειών στον LHC Γιατί η Φύση έχει προτιμήσεις… Σήμερα, ζούμε σε ένα κόσμο γεμάτο από ύλη. Κατά τη γέννηση του Σύμπαντος, θα έπρεπε η ύλη και η αντιύλη να είχαν παραχθεί σε ίσες ποσότητες. Ωστόσο, ένα μικρό ποσό της ύλης φαίνεται ότι επιβιώνει τις πρώτες στιγμές του Big Bang μέχρι σήμερα. Γιατί η Φύση φαίνεται να προτιμά την ύλη από την αντιύλη; Γιατί το Big Bang έχει μυστικά… Φαίνεται ότι στα πρώτα microseconds μετά το Big Bang το Σύμπαν αποτελείται από το πλάσμα κουάρκς-γλουονίων. Γιατί υπάρχουν κρυμμένοι κόσμοι… Υπάρχουν θεωρίες, όπως η θεωρία χορδών, που προτείνουν ότι υπάρχουν επιπλέον διαστάσεις. Οι επιπλέον διαστάσεις μπορεί να ανιχνευτούν σε πολύ μεγάλες ενέργειες.

Μας άρεσε… Στο ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος»… … ο επιταχυντής TANTEM, οι τετραπολικοί μαγνήτες, οι λεπτομερείς εξηγήσεις του ακούραστου κ. Λαγογιάννη…

Μας άρεσε… Στο ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος»… … οι καλλιέργειες κυττάρων και το υγρό άζωτο του ευγενικού κ. Πρατσίνη

Μας άρεσε… … που μάθαμε για τον LHC παίζοντας…

Μας άρεσε… … που «ανακαλύψαμε» το σωματίδιο Higgs!

«Από πού ερχόμαστε; Τι είμαστε; Πού πηγαίνουμε;» E.H.P. Gauguin Είχε πολύ ενδιαφέρον η πορεία που έγινε με την καθοδήγηση της συμβούλου Φυσικών Επιστημών, κυρίας Χριστίνας Παπαζήση…

… Η δίωρη αυτή πορεία άρχισε με τα ερωτήματα που αναπαριστάνονται στον πίνακα του Gauguin … …και, περνώντας από προσωπικές μας ανα-ζητήσεις, εμπειρίες και γνώσεις, κατέληξε στα ίδια ερωτήματα όπως τα βλέπει η Σύγχρονη Φυσική.

Συνεργατικότητα - Ενδιαφέρον – Τι μάθαμε Μάθαμε να ανταλλάσουμε τις γνώσεις που αποκτήσαμε με προσωπική δουλειά και να συνεργαζόμαστε σε ομάδες για να παραδώσουμε ένα τελικό αποτέλεσμα. Παρόλο που μας εντυπωσίαζε το θέμα που επιλέξαμε, στην αρχή της χρονιάς δε γνωρίζαμε σχεδόν τίποτα γι αυτό, οι έννοιες ήταν πρωτόγνωρες, αλλά τελικά μάθαμε πολλά και συναρπαστικά πράγματα. Όσο μαθαίναμε περισσότερα, τόσο το ενδιαφέρον για το τι γίνεται στο CERN γινόταν εντονότερο. Μάθαμε ότι για την ενασχόληση με την επιστήμη είναι απαραίτητη η πολύ καλή γνώση της Αγγλικής γλώσσας. Μάθαμε να επεξεργαζόμαστε ερωτηματολόγιο. Μας άρεσε που συνεργαστήκαμε όλοι μαζί για να γράψουμε τους στίχους στο τραγούδι μας καθώς και τις ερωτήσεις για το ερωτηματολόγιό μας. Μας άρεσε που μάθαμε για το CERN και πώς δουλεύουν οι επιστήμονες. Βρήκαμε πολύ ενδιαφέρον που η Ελλάδα έχει Ινστιτούτο Πυρηνικής & Σωμα-τιδιακής Φυσικής, Ινστιτούτο Νανοτεχνολογίας και Ινστιτούτο Βιοεπιστημών. Ήταν πολύ ενδιαφέρον το πέρασμα από τον πίνακα του Gauguin στη Σύγχρονη Φυσική.

Αποτελέσματα – Συμπεράσματα – Σχέδιο δράσης Το CERN είναι το Ευρωπαϊκό Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών και Στοιχειωδών Σωματιδίων. Βασίζεται στη συνεργασία επιστημόνων από όλο τον κόσμο. Οι φυσικοί εκεί, μελετούν τη δομή της ύλης και τις αλληλεπιδράσεις ανάμεσα στα στοιχειώδη σωματίδια. Η έρευνα γίνεται με τη βοήθεια των επιταχυντών και των ανιχνευτών. Ο LHC είναι ο μεγαλύτερος επιταχυντής που κατασκευάστηκε ποτέ. Η τεχνολογία που αναπτύχθηκε στο CERN έχει εφαρμογές στην Ιατρική και τους υπολογιστές. Διερευνήσαμε με τη βοήθεια ερωτηματολογίου το βαθμό ενημέρωσης των ανθρώπων σχετικά με το CERN. Στο τέλος της συμπλήρωσης του ερωτηματολογίου από τους ανθρώπους, τους εξηγούσαμε τις απαντήσεις. «Βρήκαμε» το σωματίδιο Higgs (!) με τη βοήθεια λογισμικού. Εξοικειωθήκαμε με τη μοντέρνα Φυσική καλλιεργώντας μια εντυπωσιακή και πραγματική εικόνα για την έρευνα.

CERN Έρευνα Τεχνολογία Συνεργασία

Πηγές http://cern.gr/ www.physicsmasterclasses.org http://public.web.cern.ch/public/ http://www.atlas.ch/ http://cms.web.cern.ch/ http://aliceinfo.cern.ch/ http://home.web.cern.ch/about/experiments/alice http://lhcb.web.cern.ch/lhcb/ http://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public/ http://home.web.cern.ch/about/experiments/lhcb http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=lhc-higgs-hints-cern http://www.livescience.com/21413-higgs-boson-explained.html http://www.tovima.gr/society/article/?aid=473938 http://www.defencenet.gr/defence/item/η-πρόταση-για-επιταχυντή-του-cern-στην-κρήτη Άλκης Γαλδαδάς. “Επιταχυντές «τσέπης» στη μάχη κατά του καρκίνου”. Βήμα Science, 20/05/2012. Άλκης Γαλδαδάς. “Μποζόνιο Higgs: βρέθηκε ή μήπως όχι;”. Βήμα Science, 08/07/2012. The Large Hadron Collider (LHC) – The Big Bang Experiment, BBC Four, BBC Productions, 2008. Σχολικό βιβλίο Β΄Λυκείου Θετ.&Τεχν. Κατεύθυνσης Σχολικό βιβλίο Γ΄Λυκείου Γενικής Παιδείας The Large Hadron Collider A Zeptospace Odyssey

ΣΑΣ ΕΥΧΑΡΙΣΤΟΥΜΕ!