Masterclasses 2015, ΕΜΠ

Προχωρημένα μαθήματα Φυσικής Σωματιδίων
(για μαθητές Λυκείου)
25 Φεβρουαρίου - 2 Απριλίου 2015

Οι εκδηλώσεις στο ΕΜΠ
για μαθητές, για καθηγητές

Πώς θα έρθετε στην Πολυτεχνειούπολη

Στην Πολυτεχνειούπολη Ζωγράφου μπορείτε να φτάσετε με το λεωφορείο 140 Πολύγωνο-Γλυφάδα, που κάνει στάση απέναντι (διασχίζοντας τη Λεωφ. ΚΑΤΕΧΑΚΗ) από τη στάση του MΕΤRO ΚΑΤΕΧΑΚΗ. Το λεωφορείο αυτό (μετά από διαδρομή περίπου 5 λεπτών) κάνει στάση μπροστά από την ΠΥΛΗ ΚΟΚΚΙΝΟΠΟΥΛΟΥ (βλ. χάρτη) της Πολυτεχνειούπολης. Επίσης, το λεωφορείο 242 κάνει κυκλική διαδρομή MΕΤRO ΚΑΤΕΧΑΚΗ (στην ίδια στάση με το 140) - Πολυτεχνειούπολη, καλύπτοντας και το εσωτερικό της Πολυτεχνειούπολης. Αν έρχεστε με αυτοκίνητο, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε είτε την ΠΥΛΗ ΚΟΚΚΙΝΟΠΟΥΛΟΥ (κλειστή τα Σαββατοκύριακα) ή την ΠΥΛΗ ΚΑΤΕΧΑΚΗ-ΚΑΝΕΛΛΟΠΟΥΛΟΥ (μόνο στην άνοδο της Λεωφ. ΚΑΤΕΧΑΚΗ). Δείτε τον ηλεκτρονικό χάρτη της Πολυτεχνειούπολης και τη συγκοινωνία στη σελίδα του ΕΜΠ.

Τετάρτη 4 Μαρτίου 2015 (μαθητές)

Τα μαθήματα θα γίνουν στην αίθουσα υπολογιστών, στο Κτήριο του Κεντρικού Υπολογιστή (1ος όροφος) της Πολυτεχνειούπολης Ζωγράφου (βλ. χάρτη). Ακολουθείστε τα βέλη ανάλογα αν έρχεστε με αυτοκίνητο ή με τα πόδια. Η αίθουσα περιλαμβάνει 60 προσωπικούς υπολογιστές.

Το πρόγραμμα της ημερίδας για τους μαθητές είναι το ακόλουθο:
08:30-09:00 Προσέλευση - Εγγραφή στον 1ο όροφο του Κτηρίου του Κεντρικού Υπολογιστή
09:00-09:45 Εισαγωγή στην Θεωρία των Στοιχειωδών Σωματιδίων (Ν. Τράκας)
09:45-11:00 Εισαγωγή στους Επιταχυντές και Ανιχνευτές (Γ. Τσιπολίτης)

11:00-11:30 Διάλειμα

11:30-12:00 Τα σωματίδια Ζ και Η και οι διασπάσεις τους (Ν. Τράκας)
12:00-12:30 Το λογισμικό HYPATIA (Ν. Τράκας)
12:30-13:00 Εισαγωγή στη Κοσμολογία (Γ. Νταλιάνης)

13:00-14:30 Γεύμα στο φοιτητικό εστιατόριο του ΕΜΠ

14:30-15:00 HYPATIA (συνέχεια) (Ν. Τράκας)
15:00-16:30 Ερευνητική εργασία, συλλογή αποτελεσμάτων
16:30-17:00 Συζήτηση των αποτελεσμάτων
17:00-18:00 Συνδιάσκεψη μέσω Διαδικτύου, Quiz
18:00 Απονομή Διπλωμάτων, Λήξη

Η ερευνητική εργασία των μαθητών έγκειτο στην αναγνώριση γεγονότων της μορφής Z→ e⁺e^- ή Z→ μ⁺μ^- για την παρατήρηση του σωματιδίου Ζ, και H→l⁺l^-l⁺l^- (όπου l=e ή μ) και H→2γ για την παρατήρηση του σωματιδίου Higgs.
Το δείγμα ήταν 3000 γεγονότα, από τις συγκρούσεις πρωτονίου-πρωτονίου που πραγματοποιήθηκαν το 2009-2014 στον Μεγάλο Αδρονικό Επιταχυντή LHC, όπως καταγράφηκαν στον ανιχνευτή ATLAS. Η αναγνώριση των γεγονότων έγινε με χρήση του λογισμικού HYPATIA, το οποίο υπολογίζει άμεσα την μάζα που αντιστοιχεί στο σωματίδιο Z ή στο σωματίδιο Η. Οι μαθητές εργάστηκαν ανά δύο και το κάθε ζευγάρι ανέλυσε 50 γεγονότα.
Τα έξοδα μετακίνησης των μαθητών και συνοδών καθηγητών από το 3ο ΓΕ.Λ. Μυτιλήνης καλύφθηκαν από το Πρόγραμμα "MASTER CLASSES - Προχωρημένα Μαθήματα Φυσικής Σωματιδίων για Καθηγητές Μέσης Εκπαίδευσης και Μαθητές Λυκείου" της Επιτροπής Ερευνών του ΕΜΠ από επιχορήγηση του Κοινωφελούς Ιδρύματος Ιωάννη Σ. Λάτση.
Τα αναψυκτικά για το πρωϊνό διάλειμμα προσέφερε η Πανελλήνια Ένωση Υπευθύνων Εργαστηριακών Κέντρων Φυσικών Επιστημών (ΠΑΝΕΚΦΕ), ενώ το γεύμα των μαθητών στο φοιτητικό εστιατόριο προσέφερε η Φοιτητική Εστία του ΕΜΠ.

Tα αποτελέσματα της ερευνητικής εργασίας της ημερίδας των μαθητών παρουσιάζονται στα παρακάτω διαγράμματα. Κάντε κλικ στα διαγράμματα για μεγέθυνση και σχολιασμό.

Ιστόγραμμα αναλλοίωτης μάζας e⁺e^- και μ⁺μ^-. Διακρίνεται η κορυφή του Ζ, με μέση τιμή 89,67 GeV (από το ζευγάρι των ηλεκτρονίων) και 90,28 GeV (από το ζευγάρι των μιονίων). Το Ζ έχει ίδια πιθανότητα διάσπασης σε e⁺e^- και μ⁺μ^-. Η διαφορά που φαίνεται στο ιστόγραμμα οφείλεται στο γεγονός ότι τα γεγονότα με μιόνια είναι πολύ ευκολότερα αναγνωρίσιμα. Οι μικρότερες κορυφές γύρω στα 3 GeV και 9,5 GeV αντιστοιχούν στο σωματίδιο J/Ψ (δέσμια κατάσταση ενός c και ενός αντι-c κουαρκ, 3,1 GeV) και στο σωματίδιο Υ (δέσμια κατάσταση ενός b και ενός αντι-b κουαρκ, 9,46 GeV). Η μάζα του Ζ που δίνουν οι επιστήμονες είναι 91,1876±0,0021 GeV.
Ιστόγραμμα αναλλοίωτης μάζας e⁺e^- και μ⁺μ^-. Ίδιο με το προηγούμενο, αλλά η κλίμακα στον οριζόντιο άξονα φθάνει στα 2000 GeV. Εκτός από τις τρεις (Ζ, J/Ψ, Υ) κορυφές που ήδη είδαμε στο προηγούμενο ιστόγραμμα, βλέπουμε μια μικρή κορυφή γύρω στα 1000 GeV. Τι αναπαριστά; Ένα νέο σωματίδιο ίσως; Πράγματι, έτσι θα αναγνωρίζαμε την παρουσία ενός νέου σωματιδίου, μονάχα που τα πραγματικά δεδομένα που αναλύουμε περιέχουν και μερικά τεχνητά (παρήχθησαν από ηλεκτρονικό υπολογιστή) που αναπαριστούν ένα υποτιθέμενο νέο σωματίδιο με μάζα γύρω στα 1000 GeV.
Πάνω διάγραμμα: Ιστόγραμμα αναλλοίωτης μάζας 4 λεπτονίων. Ένα από τρόπους διάσπασης του σωματιδίου Higgs είναι ο H→l⁺l^-l⁺l^- όπου l=e ή μ (ανά ζευγάρι σωματιδίου-αντισωματιδίου). Στο ιστόγραμμα παρουσιάζεται η αναλλοίωτη μάζα των τεσσάρων λεπτονίων. Το "τοπίο" δεν είναι τόσο καθαρό εδώ. Δεν υπάρχει σαφής κορυφή. Χρειάζονται και άλλα γεγονότα για δούμε αν πράγματι έχουμε σωματίδιο που διασπάστηκε σε 4 λεπτόνια. Κάτω διάγραμμα: Σ' αυτό το ιστόγραμμα παρουσιάζεται η αναλλοίωτη μάζα των 2 φωτονίων. Και εδώ η κατάσταση δεν είναι καλύτερη από το προηγούμενο διάγραμμα. Εμφανίζεται κάποια αύξηση των γεγονότων με μάζα λίγο χαμηλώτερη από 120 GeV αλλά δεν μπορούμε να ισχυριστούμε ότι πράγματι τα δύο φωτόνια προήλθαν από την διάσπαση ενός σωματιδίου.

Φωτογραφίες από την εκδήλωση (κάντε κλικ στις φωτογραφίες για μεγέθυνση)

Ευχαριστούμε τους μεταπτυχιακούς φοιτητές Ανδρέα Δαζέα, Νάνσυ Ξαγκώνη, Γιάννη Σκλαβούνο και Γιώργο Τσάμη, και την φοιτήτρια της Σχολής ΗΜΜΥ/ΕΜΠ Ελένη Δαζέα για την επίβλεψη κατά την διάρκεια της ερευνητικής εργασίας. Ευχαριστούμε επίσης το προσωπικό του Διατμηματικού PCLab και κυρίως τους Μάρκο Καραμπάτση και Χριστόδουλο Φραγκουδάκη, για την συμβολή τους στην επιτυχία της διοργάνωσης.

Σάββατο 21 Μαρτίου 2015 (καθηγητές)

Τα μαθήματα θα γίνουν στο ισόγειο του Κτηρίου Φυσικής στην Πολυτεχνειούπολη Ζωγράφου (βλ. χάρτη). Ακολουθείστε τα βέλη ανάλογα αν έρχεστε με αυτοκίνητο ή με τα πόδια. Η ερευνητική εργασία θα γίνει στην αίθουσα υπολογιστών της Σχολής ΕΜΦΕ (Γενικές Έδρες, Κτήριο Β, 1ος όροφος).

Το πρόγραμμα της ημερίδας για τους καθηγητές είναι το ακόλουθο:
08:30-09:00 Προσέλευση - Εγγραφή στην είσοδο του Κτηρίου Φυσικής
09:00-09:45 Εισαγωγή στην Θεωρία των Στοιχειωδών Σωματιδίων
09:45-11:00 Εισαγωγή στους Επιταχυντές και Ανιχνευτές

11:00-11:30 Διάλειμα

11:30-12:00 Τα σωματίδια Ζ και Η και οι διασπάσεις τους
12:00-12:30 Το λογισμικό HYPATIA

13:00-14:00 Γεύμα στο εστιατόριο του ΕΜΠ

14:00-15:30 Ερευνητική εργασία
15:30-16:00 Συλλογή αποτελεσμάτων, συζήτηση

Η ερευνητική εργασία των καθηγητών ήταν αντίστοιχη με αυτήν των μαθητών.
Το δείγμα ήταν 1000 γεγονότα, από τις συγκρούσεις πρωτονίου-πρωτονίου που πραγματοποιήθηκαν το 2009-2014 στον Μεγάλο Αδρονικό Επιταχυντή LHC, όπως καταγράφηκαν στον ανιχνευτή ATLAS. Η αναγνώριση των γεγονότων έγινε με χρήση του λογισμικού HYPATIA, το οποίο υπολογίζει άμεσα την μάζα που αντιστοιχεί στο σωματίδιο Z ή στο σωματίδιο Η.
Την εκδήλωση επισκέφθηκε ο Υπουργός Παιδείας Α. Μπαλτάς που συνομίλησε και αντάλλαξε απόψεις με τους συμμετέχοντες καθηγητές.

Tα αποτελέσματα της ερευνητικής εργασίας της ημερίδας των καθηγητών (κάντε κλικ στις εικόνες για μεγέθυνση)

Ιστόγραμμα αναλλοίωτης μάζας e⁺e^- και μ⁺μ^-. Διακρίνεται η κορυφή του Ζ, με μέση τιμή 89,28 GeV (από το ζευγάρι των ηλεκτρονίων) και 90,20 GeV (από το ζευγάρι των μιονίων). Το Ζ έχει ίδια πιθανότητα διάσπασης σε e⁺e^- και μ⁺μ^-. Η διαφορά που φαίνεται στο ιστόγραμμα οφείλεται στο γεγονός ότι τα γεγονότα με μιόνια είναι πολύ ευκολότερα αναγνωρίσιμα. Οι μικρότερες κορυφές γύρω στα 3 GeV και 10 GeV αντιστοιχούν στο σωματίδιο J/Ψ (δέσμια κατάσταση ενός c και ενός αντι-c κουαρκ, 3,1 GeV) και στο σωματίδιο Υ (δέσμια κατάσταση ενός b και ενός αντι-b κουαρκ, 9,46 GeV). Η μάζα του Ζ που δίνουν οι επιστήμονες είναι 91,1876±0,0021 GeV.
Ιστόγραμμα αναλλοίωτης μάζας e⁺e^- και μ⁺μ^-. Ίδιο με το προηγούμενο, αλλά η κλίμακα στον οριζόντιο άξονα (μάζα) εκτείνεται έως τοα 200 GeV. Εκτός από τις τρεις (Ζ, J/Ψ, Υ) κορυφές που ήδη είδαμε στο προηγούμενο ιστόγραμμα, βλέπουμε μια μικρή κορυφή γύρω στα 1000 GeV. Τι αναπαριστά; Ένα νέο σωματίδιο ίσως; Πράγματι, έτσι θα αναγνωρίζαμε την παρουσία ενός νέου σωματιδίου, μονάχα που τα πραγματικά δεδομένα που αναλύουμε περιέχουν και μερικά τεχνητά (παρήχθησαν από ηλεκτρονικό υπολογιστή) που αναπαριστούν ένα υποτιθέμενο νέο σωματίδιο με μάζα γύρω στα 1000 GeV.
Ιστόγραμμα αναλλοίωτης μάζας 4 λεπτονίων πάνω) και 2 φωτονίων. Ένα από τρόπους διάσπασης του σωματιδίου Higgs είναι ο H→l⁺l^-l⁺l^- όπου l=e ή μ (ανά ζευγάρι σωματιδίου-αντισωματιδίου). Η κατάσταση είναι πολύ αβέβαιη. Εμφανίζεται κάποια αύξηση των γεγονότων με μάζα λίγο υψηλώτερη από 120 GeV, αλλά δεν υπάρχει σαφής κορυφή. Στο κάτω ιστόγραμμα παρουσιάζεται η αναλλοίωτη μάζα των 2 φωτονίων. Και εδώ η κατάσταση δεν είναι καλύτερη από το προηγούμενο διάγραμμα. Εμφανίζεται κάποια αύξηση των γεγονότων με μάζα λίγο υψηλώτερη από 120 GeV.

Φωτογραφίες από την εκδήλωση (κάντε κλικ στις φωτογραφίες για μεγέθυνση)

Ευχαριστούμε τον Δημήτρη Ψαρρή, υπεύθυνο του PCLab της ΣΕΜΦΕ, για την βοήθειά του.
Τα αναψυκτικά για το πρωϊνό διάλειμμα προσέφερε η Πανελλήνια Ένωση Υπευθύνων Εργαστηριακών Κέντρων Φυσικών Επιστημών (ΠΑΝΕΚΦΕ), ενώ το γεύμα των καθηγητών στο φοιτητικό εστιατόριο προσέφερε η Φοιτητική Εστία του ΕΜΠ.

Επιστροφή στη βασική σελίδα MASTERCLASSES 2015

Masterclasses 2005	Masterclasses 2006	Masterclasses 2007	Masterclasses 2008
Masterclasses 2009	Masterclasses 2010	Masterclasses 2011	Masterclasses 2012
Masterclasses 2013	Masterclasses 2014