Wrażenia z pobytu w CERN
Czym jest CERN ?
Czym zajmuje się CERN ? Kompleks akceleratorów Detektory cząstek
Osiągnięcia naukowe
Program edukacyjny dla nauczycieli
„Polscy nauczyciele fizyki w CERN ”
Krzysztof Gołębiowski
CKU-TODMiDN, ZSIŚ Toruń, 09.04.2008 r.
Czym jest CERN ?
Laboratorium światowe
CERN zaczął działać w latach pięćdziesiątych XX wieku jako Europejski Ośrodek Badań Jądrowych
Porozumienie dla utworzenia CERN
“Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire”
zostało podpisane 15 lutego 1952 przez 11 krajów
Trudny do wymówienia w wielu językach akronim nowej nazwy nie przyjął się. W. Heisenberg zaproponował by używać nowej nazwy i starego akronimu.
Stąd oficjalna nazwa:
Europejska Organizacja Badań Jądrowych CERN
Czym jest CERN ?
Europejskie Laboratorium Fizyki Cząstek
- nazwa również stosowana, ale nie jest to nazwa oficjalna 29 września 1954 r. ratyfikowana została konwencja
o utworzeniu Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych i tę datę przyjmuje się jako oficjalną datę powstania CERN
Uroczystość wmurowania
kamienia węgielnego Felix Bloch
Pierwszy dyrektor CERN
Cele CERN: „Organizacja zapewni współpracę pomiędzy państwami europejskimi w dziedzinie badań
jądrowych o charakterze czysto naukowym i podstawowym, a także innych badań
związanych z tu wymienionymi.
Organizacja powstrzyma się od wszelkich badań o charakterze wojskowym,
a wszelkie wyniki prac doświadczalnych i teoretycznych będą publikowane lub ogólnie dostępne w inny sposób”
Państwa członkowskie w CERN
Droga Polski do CERN
1959 r.
– profesorowie
1963 r. – z inicjatywy prof. M. Danysza i dyrektora CERN V. Veisskopfa, Polska, jako jedyny kraj z „bloku wschodniego”, uzyskała status
państwa-obserwatora w Radzie CERN (bez prawa głosowania). Próby przyznania Polsce statusu członkowskiego napotkały na opór Związku Radzieckiego.
1991 r. – Polska, jako pierwszy kraj „bloku wschodniego”, zostaje członkiem CERN.
Podstawą prawną była umowa podpisana między rządem RP i CERN, ratyfikowana następnie przez Prezydenta RP.
wystarali się o kilka indywidualnych stypendiów dla młodych fizyków na staże w CERN. Te indywidualne kontakty
przekształciły się w intensywną współpracę naukową.
Andrzej Sołtan Marian Danysz Marian Mięsowicz
Dokument ratyfikacyjny
Budżet CERN
Budżet CERN w 2007 – 1026 milionów CHF
Do 1995 roku Polska płaciła symboliczną składkę, która następnie została stopniowo zwiększona do wysokości proporcjonalnej do naszego dochodu narodowego netto.
Polska współwłaściciel - CERN
● Łożymy na jego utrzymanie.
▪ Polska składka: ~2% budżetu (wynika z dochodu narodowego w stosunku do dochodu wszystkich państw członkowskich.
● Mamy przedstawicieli w organie decyzyjnym - Radzie CERN:
▪ w głosowaniach – głosy wszystkich państw mają tę samą wagę.
▫ Prof. J. Niewodniczański, PAA – przedstawiciel rządu RP,
▫ Prof. J. Nassalski, IPJ – przedstawiciel środowiska naukowego.
● Korzystamy urządzeń badawczych wartych miliardy CHF.
● Korzystamy ze środków stypendialnych na badania prowadzone przez fizyków, doktorantów i studentów oraz na programy edukacyjne.
● Możemy aplikować na stałe pozycje (staff) w CERN.
● Polski przemysł może uczestniczyć w przetargach na dostawy urządzeń i usług dla CERN.
Czym zajmuje się CERN ?
Badania naukowe.
Nowe technologie. Transfer technologii.
Edukacja.
Rozwój współpracy międzynarodowej.
Badania naukowe w CERN
• Badania w dziedzinie fizyki cząstek elementarnych i fizyki nuklearnej
– Naukowcy w CERN badają z czego zbudowana jest materia i jakie siły ją utrzymują
• Badania w dziedzinie fizyki nuklearnej tradycyjnie wzbudzają pytania co do możliwości ich potencjalnego wykorzystania w sektorze militarnym
– Konwencja CERN z 1953 stanowi:
• "Organizacja utrzymuje współpracę miedzy państwami europejskimi w dziedzinie badan jądrowych o charakterze czysto naukowym i podstawowym oraz w badaniach zasadniczo z nimi stowarzyszonych. Organizacja nie będzie miała żadnego związku z pracami na rzecz sektora militarnego a wyniki jej prac doświadczalnych i
teoretycznych będą publikowane lub ogólnie udostępniane w inny sposób”
Nowe technologie. Transfer technologii
• Badania naukowe w CERN-ie prowadzą do rozwoju techniki. Z CERN-u pochodzą tak różne wynalazki jak:
– światowa “pajęczyna” - WWW
Szkic architektury
Tim Berners-Lee 1989
Pierwszy „serwer” WWW
1989 - 1991
pierwsze prototypy w CERN
Edukacja w CERN
• CERN odgrywa ważną rolę w zaawansowanej edukacji.
– Obszerny wachlarz szkół, praktyk i staży naukowych przyciąga do Laboratorium wielu młodych utalentowanych studentów, naukowców i inżynierów.
– Wielu z nich robi następnie kariery w przemyśle, gdzie
doświadczenie zdobyte w pracy w wielonarodowym środowisku z wykorzystaniem najnowszej techniki, jest wysoko cenione.
• CERN odgrywa też coraz większą rolę w kształceniu nauczycieli i popularyzacji nauki, w szczególności w procesie kształcenia przeduniwersyteckiego.
Akcelerator
Akcelerator to urządzenie do przyspieszania cząstek, w którym możemy kontrolować parametry wiązki
◉ Przyspieszanie odbywa się za pomocą pola elektrycznego
◉ Przyspieszać można tylko cząstki niosące ładunek
◉ Do skupienia cząstek w wiązkę oraz do nadania im pożądanego kierunku używa się odpowiednio
ukształtowanego, w niektórych konstrukcjach także zmieniającego się w czasie, pola magnetycznego lub elektrycznego
Kineskop TV
Akcelerator domowy
Kompleks akceleratorów w CERN
Zespół akceleratorów w CERN-ie jest największym i jednym z najbardziej uniwersalnych na świecie.
W jego skład wchodzą:
◉ akceleratory (przyspieszacze),
◉ dezakceleratory (spowalniacze),
◉ zderzacze (kolizjonery) cząstek elementarnych.
Wykorzystywane są wiązki elektronów, pozytonów, protonów, antyprotonów a także "ciężkich jonów" (jąder atomów takich jak tlen, węgiel, siarka lub ołów).
Istnieją dwa główne typy akceleratorów cząstek:
◉ liniowe (lub liniaki), ◉ kołowe.
Akcelerator liniowy – tylko jedno przejście
Akcelerator kołowy – wielokrotne przyspieszanie
Laboratorium wpisane w pejzaż genewski
Kompleks akceleratorów w CERN
Akcelerator liniowy (LINAC 2) 1978
„Działo”, które wystrzeliwuje pęczki cząstek o energii kilkuset MeV
Kompleks akceleratorów w CERN
Synchrotron protonowy (PS) 1959
Synchrotron (PS) przyspiesza elektrony do 28 GeV;
dzisiaj działa jako wstępny akcelerator
Kompleks akceleratorów w CERN
Akcelerator
(PSB) BOOSTER 1972
PSP „Booster” - Czteropierścieniowy wstępny akcelerator (800 GeV)
Kompleks akceleratorów w CERN
Synchrotron jonów niskoenergetycznych
(LEIR) 2005
LEIR pierścień jonów dla LHC
Kompleks akceleratorów w CERN
Dezakcelerator antyprotonów
(AD) 1999 Dezakcelerator
antyprotonów (AD) 1999
Dezakcelerator antyprotonów „schładza” wytworzone antyprotony i umożliwia badania antyprotonów
Kompleks akceleratorów w CERN
Supersynchrotron Protonowy (SPS) 1976
SPS dostarczał protonów o energiach 450 GeV; był też wykorzystywany jako zderzacz protonów i antyprotonów
Kompleks akceleratorów w CERN
Wielki Zderzacz
elektronów i pozytonów (LEP) 1989
Duży akcelerator elektronów i pozytonów został zainstalowany w 27 km pierścieniowym tunelu, 100 m pod powierzchnią ziemi
Kompleks akceleratorów w CERN
Wielki Zderzacz Hadronów
(LHC) 2008
Po zakończeniu programu LEP w 27 km tunelu zainstalowano zderzacz protonów LHC pozwalający na badania zderzeń przy energiach 14 TeV
Detektory cząstek
Wszystkie cztery detektory LEP-u zostały zbudowane w kształcie gigantycznych cylindrów o rozmiarach
mniej więcej trzypiętrowego budynku.
● Detektory cząstek są elektronicznymi „oczami” fizyków.
● Detektory rejestrują cząstki powstałe w zderzeniach wiązek.
● Współczesne detektory są wielkimi, niezwykle złożonymi i czułymi instrumentami.
Każda warstwa cylindra w detektorze cząstek spełnia ściśle określone zadanie, niektóre rejestrują ślady cząstek, inne mierzą ich energie.
Łącząc dane z różnych warstw fizycy uzyskują wiele informacji na temat cząstek powstających w zderzeniach.
Detektory cząstek
CMS
Compact Muon Solenoid, czyli Kompaktowy Solenoid Mionowy, jest detektorem o szerokim
zastosowaniu. Jego zadaniem będzie poszukiwanie cząstki Higgsa i innych nowych zjawisk.
LHCb
detektor poszukuje kwarków i antykwarków pięknych, by wyjaśnić dlaczego we
Wszechświecie występuje niemal wyłącznie materia, a nie
antymateria. Układ detekcyjny znajduje się tylko po jednej stronie punktu zderzenia.
Detektory cząstek
ATLAS
w detektorze o szerokim zastoso- waniu wykorzystano unikalne
rozwiązanie techniczne, zastępując tradycyjne solenoidy magnesami toroidalnymi. „Wielkie koła”
rejestrują najważniejsze w tym eksperymencie cząstki – miony.
ALICE
detektor obserwuje zderzenia jonów ołowiu, podczas których podczas których powstaje
pierwotna plazma kwarkowo-
gluonowa. Będzie badał zderzenia proton-proton uzyskując z nich dane porównawcze do zderzeń jonów ołowiu.
Główne osiągnięcia naukowe CERN
1973: Odkrycie prądów neutralnych w komorze “Gargamelle”.
1983: Odkrycie bozonów W i Z w eksperymentach UA1 i UA2.
1995: Pierwsze atomy antymaterii w eksperymencie PS210.
2001: Odkrycie łamania symetrii CP w eksperymencie NA48.
1984: Nagroda Nobla w fizyce za odkrycie bozonów W i Z
Carlo Rubbia i Simon van der Meer
George Charpak
1992: Nagroda Nobla w fizyce za rozwój detektorów cząstek, szczególnie wielodrutowych komór proporcjonalnych.
Szkolenia nauczycieli w CERN
Podstawowy program
• Wykłady
▪ Historia CERN, Fizyka cząstek elementarnych,
Kosmologia, Eksperymenty w LHC, Aparatura cząstek, Zastosowanie fizyki cząstek elementarnych
w medycynie, GRID
•
Zwiedzanie Laboratoriów
•
Zajęcia doświadczalne
•
Praca w grupach
•
Możliwość obserwowania naukowców w różnych
nieformalnych spotkaniach
Szkolenia nauczycieli w CERN
Kurs tygodniowy
20-40 uczestników (z jednego kraju) w języku narodowym uczestników Nie ma opłaty za szkolenie
opłata za podróż i zakwaterowanie Program: 10-15 kursów w ciągu roku
Przy współpracy z nauczycielami i pracownikami naukowymi z kraju członkowskiego
Dofinansowanie: fundusz dokształcania nauczycieli ministerstwo, sponsorzy
Szkolenia nauczycieli w CERN
Szkolenia nauczycieli w CERN
3 dniowy weekendowy program
Grupa mniejsza niż 50 uczestników w języku angielskim
Częściowo finansowany przez CERN (bez podróży) Wykłady:
Fizyka cząstek elementarnych i kosmologia, Akceleratory i detektory, Antymateria,
zastosowanie cząstek w medycynie.
Zwiedzanie:
Eksperymenty w LHC Fabryka antymaterii
Szkolenia nauczycieli w CERN
Wyniki, rezultaty
• Zainspirowani i zmotywowani
• Inspirują i motywują swoich uczniów
• Propagują program wśród swoich kolegów
• Przekazują informacje wśród szerokiej publiczności
• Są ambasadorami nauk przyrodniczych, fizyki, cząstek elementarnych, CERN-u
Wspaniały przykład polskich nauczycieli uczestników szkoleń CERN
Mick Storr
Zwiedzanie tunelu LHC
Wrażenia z pobytu w CERN
Wrażenia z pobytu w CERN
Eksperyment ATLAS (średnica 22 m, długość 46 m)
Wrażenia z pobytu w CERN
Fragment
„Wielkiego Koła”
Komory mionowe Cewki
toroidalne
Budynek Zespołu ATLAS Można spojrzeć z góry do tunelu
MICROCOSM - interaktywna wystawa
Wrażenia z pobytu w CERN
Fotka z wystawy
W sali wykładowej uczestnicy kursu z wykładowcami W sali wykładowej uczestnicy kursu z wykładowcami
Wrażenia z pobytu w CERN
Prof.
Barbara Badełek
Prof.
Marek
Demianski Dr Mick
Storr Dr inż.
Andrzej Siemko Dr inż.
Zbigniew Hajduk
Wrażenia z pobytu w CERN
W przygotowaniu prezentacji wykorzystałem fotografie CERN oraz materiały prezentacji
J. Nassalskiego, Z. Hajduka
A. Siemko, M. Stora i S. Wronki
+ Aneks: Wspomnienia…
ANEKS: Wspomnienia z CERN-u
Hotel w CERN
Przed stołówką
Eksponaty muzealne
Festyn,
Nie tylko praca – biegi zespołowe
Wycieczka do Chamonix i pod Mont Blanc
ANEKS: Wspomnienia z CERN-u
Chamonix Widok miasta z kolejki
Przesiadka między kolejkami
3842 m n.p.m.
Wspomnienia z CERN-u
Zwiedzanie Genewy – zgodnie z planem Micka Storra
Wycieczka do Annecy
