Masterclasses
- 1. LHC International Masterclasses Έλα μαζί μας σ' ένα ταξίδι στα απειροελάχιστα συστατικά της ύλης! Μάθε τι ακριβώς γίνεται 100 μέτρα κάτω από την επιφάνεια της γης, στο CERN, τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό για την Πυρηνική Έρευνα. Τα τέσσερα πειράματα, ALICE, ATLAS, CMS και LHCb, τοποθετημένα στην 27 χιλιομέτρων περιφέρεια του Μεγάλου Αδρονικού Επιταχυντή (Large Hadron Collider, LHC), ήδη λειτουργούν. Τσίνας Παναγιώτης - Φυσικός 1
- 2. W-Διαδρομές Ας ξεκινήσουμε με το πώς ανιχνεύουμε τα στοιχειώδη σωματίδια. Αργότερα, θα μπορέσεις να δουλέψεις πάνω σε πραγματικά γεγονότα του ATLAS από το Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (Large Hadron Collider, LHC) στο CERN. θα πρέπει να είσαι, κατά κάποιον τρόπο, σαν ντετέκτιβ, γιατί σε μια σύγκρουση πρωτονίου-πρωτονίου - αυτό που "γεγονός" - δημιουργούνται πολλά σωματίδια. Η βασική εργασία είναι να αναζητήσεις συγκεκριμένα σωματίδια ανάμεσα σε αυτά και να τα ενσωματώσεις σε συγκεκριμένες διαδικασίες. Έτσι θα κατανοήσεις καλύτερα τις προκλήσεις που αντιμετωπίζουν οι φυσικοί. Τσίνας Παναγιώτης - Φυσικός 2
- 3. Σκοπός και Εργασίες Στα επόμενα κεφάλαια θα μάθεις πώς θα αναγνωρίζεις και θα ξεχωρίζεις τα διάφορα στοιχειώδη σωματίδια. Θα χρειαστείς αυτή τη γνώση για τις μετρήσεις που ακολουθούν. Από τη μια θα αναγνωρίζεις την εσωτερική δομή του πρωτονίου και από την άλλη θα ψάχνεις για νέα σωματίδια, όπως αυτό που οι πρώτες ενδείξεις παρατήρησής του ανακοινώθηκαν από τα πειράματα ATLAS και CMS στον επιταχυντή LHC - το σωματίδιο Higgs. Τσίνας Παναγιώτης - Φυσικός 3
- 4. Ταυτοποιώντας Σωματίδια Εδώ μπορείς να επαναλάβεις τον τρόπο κατασκευής του ανιχνευτή. Θα μάθεις πώς μπορούν να ταυτοποιηθούν τα σωματίδια και πώς μπορείς να τα αναγνωρίσεις με το πρόγραμμα. Σε μια τελική άσκηση θα μπορέσεις να ελέγξεις τη γνώση που μόλις θα έχεις αποκτήσει. Καιρός για δυναμικό παιγνίδι! Ανακάλυψε τα σήματα που αφήνουν τα σωματίδια στον ανιχνευτή με την βοήθεια διαδραστικών απεικονίσεων του ATLAS. Επέλεξε το όνομα του συγκεκριμένου σωματιδίου στο επάνω μενού και ακολούθησε τη διαδρομή του μέσα στον ανιχνευτή. Θυμήσου ότι η διακεκομμένη γραμμή αντιστοιχεί στην τροχιά ενός ουδέτερου σωματιδίου το οποίο δεν αναγνωρίζεται από τον ανιχνευτή έως ότου, και αν, προκαλέσει καταιγισμό στο θερμιδόμετρο. Τσίνας Παναγιώτης - Φυσικός 4
- 5. Δομή και Λειτουργία του Ανιχνευτή ATLAS Ο ανιχνευτής ATLAS (αρκτικόλεκτο του A Toroidal LHC ApparatuS, δηλαδή μια δακτυλιοειδής συσκευή του LHC) ανιχνεύει τα προϊόντα της σύγκρουσης των πρωτονίων. Στο κέντρο του ATLAS, συγκρούονται δύο δεσμίδες πρωτονίων (με 100 δισεκατομμύρια πρωτόνια η κάθε μια), οι οποίες έχουν ήδη επιταχυνθεί με αντίθετες κατευθύνσεις μέσα στον επιταχυντή LHC. Κατά τη σύγκρουση τα πρωτόνια μιας δεσμίδας μπορεί να αλληλεπιδράσουν ασθενώς με αυτά της άλλης δεσμίδας (οπότε απλά αλλάζουν πορεία), αλλά μπορεί επίσης να αλληλεπιδράσουν ισχυρά, να "σπάσουν" (δηλαδή να μην αναγνωρίζονται πλέον ως πρωτόνια). Στη δεύτερη περίπτωση δημιουργούνται νέα σωματίδια. Από την πληροφορία των νέων σωματιδίων, οι φυσικοί μπορούν να περιγράψουν τα φυσικά φαινόμενα που συνέβησαν κατά τη σύγκρουση. Φυσικά, η πληροφορία αυτή είναι αξιοποιήσιμη όταν γίνει κατανοητή η λειτουργία του ανιχνευτή. Οπότε, ας εστιάσουμε τώρα στο θέμα αυτό. Τσίνας Παναγιώτης - Φυσικός 5
- 6. Το Λογισμικό Παρουσίασης Γεγονότων MINERVA Τα ηλεκτρονικά σήματα που δημιουργούνται και αποθηκεύονται από τους ανιχνευτές κατά τη σύγκρουση χρησιμοποιούνται για την ανακατασκευή και παρουσίαση του γεγονότος. Η παρουσίαση γίνεται με το πρόγραμμα MINERVA. Πριν αρχίσεις να δουλεύεις με το πρόγραμμα αυτό, θα πρέπει να μάθεις τις δυνατότητες και τις λειτουργίες του για την ανάλυση των γεγονότων. Τσίνας Παναγιώτης - Φυσικός 6
- 7. Το ηλεκτρόνιο είναι ένα από τα θεμελιώδη υποατομικά σωματίδια της ύλης, το οποίο φέρει αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο. Είναι λεπτόνιο με σπιν 1/2 και μάζα 1,836 × 103 φορές μικρότερη από το πρωτόνιο. Τα ηλεκτρόνια μαζί με τους ατομικούς πυρήνες σχηματίζουν τα άτομα. Τα ηλεκτρόνια μπορεί να θεωρηθεί πως περιστρέφονται ταχύτατα γύρω από τον πυρήνα των ατόμων σε συγκεκριμένες, ομοεστιακές και μη συμπίπτουσες ενεργειακές τροχιές, τις στιβάδες, όπως περίπου οι πλανήτες σε ένα ηλιακό σύστημα. Ο εκάστοτε αριθμός και η διάταξη των ηλεκτρονίων στις ατομικές ενεργειακές στιβάδες καθορίζουν τις χημικές ιδιότητες των στοιχείων, ενώ η παγίδευσή τους σε τροχιές γύρω από πυρήνες και γειτονικών ατόμων, σε επιτρεπόμενες στιβάδες, δημιουργεί τους χημικούς δεσμούς. Τσίνας Παναγιώτης - Φυσικός 7
- 8. Το πρωτόνιο είναι ένα από τα υποατομικά σωματίδια, που θεωρούνταν παλιότερα-μέχρι την δεκαετία του '70- στοιχειώδες σωμάτιο, αλλά αργότερα βρέθηκε ότι έχει εσωτερική δομή. Ως νουκλεόνιο, είναι ένας από τούς βασικούς δομικούς λίθους των πυρήνων των ατόμων και μαζί με τα νετρόνια είναι η κύρια μάζα του ατόμου (συμβατικά θεωρούμε ότι τα νουκλεόνια αποτελούν το σύνολο της μάζας του ατόμου). Επίσης κατατάσσεται στην κατηγορία των αδρονίων και συγκεκριμένα στα βαρυόνια με βαρυονικό αριθμό ένα, ενώ με βάση το σπιν του (που είναι 1/2) και της στατιστικής που το περιγράφει, κατατάσσεται και στα φερμιόνια. Έχει βρεθεί ότι είναι σύνθετο σωμάτιο. Τσίνας Παναγιώτης - Φυσικός 8