Informácie pre učiteľov

• základné koncepcie hraníc poznania vo fyzike,
• čo sú základné stavebné prvky hmoty a ako sa správajú,
• aké je to robiť základný výskum vo fyzike,
• aké nástroje fyzici pri tom využívajú a ako ich používajú,
• ako fyzici interpretujú výsledky,
• a na význam štatistickej analýzy a ako štatistické fluktuácie v malej vzorke sa vyrovnajú veľkým.
• Predovšetkým, cieľom tohto CD-ROM je nadchnúť Vaších študentov a povzbudiť ich zvedavosť!

Informácie sú rozdelené do niekoľkých oblastí zahŕňajúcich hlavné témy. Základné informácie možno nájsť v časti "Úvod" a viac detailným uvedením do fyziky častíc je "Teória", kým "Urýchľovače" a "Detektory" približujú nástroje práce fyzikov. Každá oblasť obsahuje istý počet podkapitol a informácie sú usporiadané spôsobom, že cez každú oblasť sa presúvate tak, že sa stále hlbšie ponárate do témy.

Jadrom CD-ROM-u je časť "Projekty". Tu nájdete projekty so skutočnou fyzikálnou analýzou s reálnymi dátami na vypracovanie pre Vaších študentov. K tomu budú potrebovať byť oboznámení s informáciami obsiahnutými na prvých stránkach každej predchádzajúcej kapitoly pred pustením sa do týchto projektov. "Kvíz" na začiatku časti "Projekty" umožní Vaším študentom overiť si svoje vedomosti pred začatím projektov.

Dbalo sa o to, aby CD-ROM bolo ľahko prejditeľné. Je založené na obraze návštevy CERN-u. Ponukový pás vľavo Vás prenesie, kamkoľvek budete chcieť ísť. Vysúvací zoznam Vás privedie ku každému pojmu, ku ktorému sa budete chcieť vrátiť a kliknutím na horné ľavé okno sa dostanete naspäť na mapu CERN-u, ktorú možno tiež použiť ako vstupné miesto do ktorejkoľvek časti, ktorú si prajete navštíviť.

Úvod do analýzy projektov

Autori budú veľmi potešení, ak by mohli vidieť výsledky analýzy Vaších študentov. To nám pomôže vylepšiť toto CD-ROM pre ďalšie verzie. Ak Ste ochotní podeliť sa s nami o Vaše výsledky, prosím pošlite ich na kontakt uvedený nižšie.

Analýza prvého projektu: Vetviace pomery Z-častíc

Z-častica je neutrálna. To znamená, že sa rozpadá na páry opačne nabitých častíc ako elektrón-pozitrónový pár, alebo mión-antimiónový pár, alebo tau-antitau leptónový pár, alebo pár kvark a antikvark. Tiež sa môže rozpadať na páry neutrálnych častíc, neutrína a antineutrína. Neutrína nezanechávajú žiadnu stopu v detektore, čo znamená, že vetviaci pomer rozpadu Z-častice na neutrína nemôže byť zmeraný priamo. Avšak tieto "neviditeľné" rozpady Z-častice nám umožňujú vysvetliť z čoho je vytvorený vesmír. Vrátime sa k tomu neskôr.

Pri meraní vetviacich pomerov rozpadu Z na viditeľné častice, budú študenti prezerať zrekonštuované rozpady Z-častice. Za využitia toho, čo sa naučili v úvode, o tom, ako vyzerajú rôzne rozpady, budú identifikovať eventy a sčítavať, koľkokrát sa Z-častica rozpadla na elektrón a pozitrón, mión a antimión, tau a antitau leptón, alebo kvark a antikvark.

Čím viac eventov Vaši študenti prejdú, tým presnejšie budú výsledky. Preto najlepší spôsob ako splniť úlohu, je rozdeliť triedu do skupín a každá bude zodpovedná za analýzu jedného súboru obsahujúceho sto eventov. Každá skupina by si mala pripraviť tabuľku, ako je zobrazená dole, do ktorej si študenti budú môcť zaznamenať svoje pozorovania. Prípad zrážky môže byť identifikovaný len ako jedna zo štyroch možností. Keď študenti skončili, vypočítajú si vetviace pomery Z-častice pre každý typ častíc pomocou vydelenia počtu prípadov získaných pre každý typ rozpadu celkovým počtom eventov, ktoré prezreli.

Keď každá skupina už ukončila analýzu, môžete ich požiadať, aby predstavili svoje vetviace pomery. Ak vynesiete výsledky každej skupiny na tabuľu, zistíte, že nie sú všetky rovnaké, ale že sú rozptýlené okolo strednej hodnoty. Ďalším krokom analýzy bude skombinovať všetky výsledky štatisticky významnejším spôsobom, ktorým dospeje Vaša trieda ku konečnému riešeniu, ktoré si potom môžete porovnať s výsledkami publikovanými v CERN-e.

Po projekte nasleduje diskusia o význame merania vetviacích pomerov a jeho dôsledkoch pre zloženie hmoty vo vesmíre.

Projekt "Vetviace pomery Z-častíc"

Ako Ste si mohli všimnúť, identifikovanie prípadov zrážok nie je vždy jednoduché. V skutočnosti je príroda taká, že nie je vždy možné povedať, aký to je event so stopercentnou istotou. Ale, aby sme Vám pomohli, spísali sme zoznam s najpravdepodobnejšími odpoveďami pre každý rozpad. Súbory uvedené nižšie odpovedajú jednotlivým súborom s eventami:

1. - Odpovede k eventom 1-100
   
2. - Odpovede k eventom 101-200
   
3. - Odpovede k eventom 201-300
   
4. - Odpovede k eventom 301-400
   
5. - Odpovede k eventom 401-500
   
6. - Odpovede k eventom 501-600
   
7. - Odpovede k eventom 601-700
   
8. - Odpovede k eventom 701-800
   
9. - Odpovede k eventom 801-900
   
10. - Odpovede k eventom 901-1000
    

Analýza druhého projektu: Meranie veľkosti silnej interakcie

Dôvodom je to, že kvarky a antikvarky môžu vyžiariť gluóny prenášajúce silnú interakciu, ktoré následne vytvoria zo seba jety. Pravdepodobnosť, že kvark alebo antikvark vyžiari gluón je priamo úmerná veľkosti silnej interakcie. Znamená to, že pomocou spočítania počtu dvoj-, troj- a štvor- a viac jetových eventov, vieme zmerať veľkosť silnej interakcie. To je cieľom tohto projektu, po ktorom nasleduje diskusia o relatívnych veľkostiach všetkých interakcií v prírode.

Prípady rozpadov sú rovnaké ako pre prvý projekt, ale tabuľka, ktorú budú študenti používať je trocha odlišná:

Keďže dátové súbory sú rovnaké pre prvý aj druhý projekt, nič nebráni študentom, pokiaľ majú dosť času, robiť oba projekty naraz.

Projekt "Väzbová konštanta silnej interakcie"

Analýza tretieho projektu: Vzácne eventy s W a Z-časticami

Keďže rozpady Z-častíc na elektrón-pozitrónové páry, mión-antimiónové páry a tau-antitau leptónové páry sú relatívne zriedkavé, jeden súbor obsahuje len takéto eventy.

Projekt "Vzácne eventy s W a Z-časticami"

Možné problémy

Nasledujúce všeobecné tipy by Vám mali pomôcť dostať sa z väčšiny problémov spojených s cédečkom:

• Neotvárajte, alebo nemajte otvorené žiadne ďalšie aplikácie, pokiaľ pracujete s CD-ROM-om. To značne zlepší výkonnosť.

• Keď pracujete na analýze projektov, buďte trpezliví. Chvíľu to trvá, kým sa spustí grafický displej eventov. Môže to vyzerať tak, akoby sa nič nedialo, ale uisťujeme Vás, že to nie je problém. Pokúste sa odolať túžbe otvoriť novú aplikáciu, kým čakáte, to by len predĺžilo Vaše čakanie. Trvá niekoľko minút, kým sa program natiahne, ale ak už raz nabehol, pracuje rýchlo. Malo by trvať len pár sekúnd prejsť na nasledujúci prípad zrážky. Všimnite si, že grafický displej sa najprv zobrazí ako sivo sfarbená plocha, a trvá to asi minútu, než sa objavia všetky funkčné prvky.

• Ak sa program pri štarte správa divne, alebo sa stáva čoraz viac pomalším, tak najlepšou vecou je ukončiť prehliadač Netscape a spustiť ho znova. Tak isto je dobrý nápad reštartovať počítač. Nezabudnite si predtým zapísať identifikačné číslo ("id number") eventu, ktorý študenti prezerali (je zobrazené v hornom pravom rohu grafickej obrazovky), aby mohli potom pokračovať tam, kde skončili.

Ako môžem získať pomoc?

Particle Physics Education CD-ROM ©2001 CERN