Masterclasses 2019, ΕΜΠ

Προχωρημένα μαθήματα Φυσικής Σωματιδίων
(για μαθητές Λυκείου)
7 Μαρτίου - 17 Απριλίου 2019

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 27 Μαρτίου 2019 (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 (Νίκος Τράκας)
09:45-10:45 Εισαγωγή στους Επιταχυντές και Ανιχνευτές (Γιώργος Τσιπολίτης)

10:45-11:15 Διάλειμα (τα αναψυκτικά είναι προσφορά του Super Market Σκλαβενίτης)

11:15-12:00 Εισαγωγή στην Κοσμολογία (Γιάννης Νταλιάνης)
12:00-12:30 Τα σωματίδια Ζ και Η και οι διασπάσεις τους (Νίκος Τράκας)
12:30-13:00 Το λογισμικό HYPATIA (Νίκος Τράκας)

13:00-14:30 Γεύμα στο φοιτητικό εστιατόριο του ΕΜΠ (προσφορά της ΓΕΥΣΗΝΟΥΣ Food Culture )

14:30-15:00 HYPATIA (συνέχεια)
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 αφορούσε 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 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.
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 89,55 GeV (από το ζευγάρι των ηλεκτρονίων) και 90,21 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 και άλλη μια ακόμα μικρότερη γύρω στα 1500 GeV. Τι αναπαριστούν; Νέα σωματίδια ίσως; Πράγματι, έτσι θα αναγνωρίζαμε την παρουσία νέων σωματιδίων, 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 (πιθανά ένα καινούργιο Z) και ένα δεύτερο γύρω στα 1500 GeV (πιθανά το σωματίδιο υπέυθυνο για την διάδοση της βαρυτικής αλληλεπίδρασης-γκραβιτόνιο) που και αυτά μπορούν να διασπαστούν σε ζεύγη λεπτονίων..
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: Ιστόγραμμα αναλλοίωτης μάζας 2 φωτονίων. ΆΛλος τρόπος διάσπασης του Η είναι σε 2 φωτόνια. Και εδώ η κατάσταση δεν είναι καλύτερη από το προηγούμενο διάγραμμα. Εμφανίζεται κάποια αύξηση των γεγονότων με μάζα λίγο χαμηλώτερη από 110 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 τον προπτυχιακό φοιτητή Γιώργο Λάσκαρη για την επίβλεψη κατά την διάρκεια της ερευνητικής εργασίας των μαθητών καθώς και τους μεταπτυχιακούς φοιτητές Βαγγέλη Αλεξόπουλο, Christian Erices, Στέλιο Καρύδα, Γιάννη Μητσούλα, Γιάννη Τάσκα και Γιώργο Τρίγγα για την βοήθειά τους.
Ευχαριστούμε επίσης το προσωπικό του Διατμηματικού PCLab και κυρίως τους Μάρκο Καραμπάτση και Χριστόδουλο Φραγκουδάκη, για την συμβολή τους στην επιτυχία της διοργάνωσης.
Τα αναψυκτικά για το πρωϊνό διάλειμμα προσέφερε το Super Market Σκλαβενίτης, ενώ το γεύμα των μαθητών/συνοδών καθηγητών στο φοιτητικό εστιατόριο προσέφερε η Γευσύνους Food Culture και η Πρυτανεία του ΕΜΠ.

Σάββατο 13 Απριλτίου 2019 (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 (Νίκος Τράκας)
09:45-11:00 Εισαγωγή στους Επιταχυντές και Ανιχνευτές (Νίκος Τράκας)

11:00-11:30 Διάλειμα

11:30-12:30 Εισαγωγή στη Κοσμολογία (Γιάννης Νταλιάνης)
12:30-13:00 Τα σωματίδια Ζ και Η και οι διασπάσεις τους (Νίκος Τράκας)

13:00-14:00 Γεύμα στο εστιατόριο του ΕΜΠ (προσφορά της ΓΕΥΣΗΝΟΥΣ Food Culture )

14:00-14:30 Το λογισμικό HYPATIA
14:30-16:00 Ερευνητική εργασία
16:00-16:30 Συλλογή αποτελεσμάτων, συζήτηση

Η ερευνητική εργασία των καθηγητών ήταν αντίστοιχη με αυτήν των μαθητών.
Το δείγμα ήταν 600 γεγονότα, από τις συγκρούσεις πρωτονίου-πρωτονίου που πραγματοποιήθηκαν 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.

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 90,51 GeV (από το ζευγάρι των ηλεκτρονίων) και 90,57 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 τα 2000 GeV. Εκτός από τις τρεις (Ζ, J/Ψ, Υ) κορυφές που ήδη είδαμε στο προηγούμενο ιστόγραμμα, βλέπουμε δύο μικρές κορυφές γύρω στα 1000 GeV και στα 1500 GeV. Τι αναπαριστούν; Νέα σωματίδιο ίσως; Πράγματι, έτσι θα αναγνωρίζαμε την παρουσία ενός νέου σωματιδίου, μονάχα που τα πραγματικά δεδομένα περιέχουν και μερικά τεχνητά (παρήχθησαν από ηλεκτρονικό υπολογιστή) που αναπαριστούν ένα υποτιθέμενο νέο σωματίδιο με μάζα γύρω στα 1000 GeV και άλλο ένα γύρω στα 1500 GeV που και αυτά θα μπορούσαν να διασπαστούν σε ζευγάρι e⁺e^- και μ⁺μ^-.

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

Ευχαριστούμε τον Δημήτρη Ψάρρη, υπεύθυνο του PCLab της ΣΕΜΦΕ, για την βοήθειά του.
Το γεύμα των καθηγητών στο φοιτητικό εστιατόριο προσέφερε η Γευσύνους Food Culture και η Πρυτανεία του ΕΜΠ.

Επιστροφή στη βασική σελίδα MASTERCLASSES 2019

Masterclasses 2005	Masterclasses 2006	Masterclasses 2007	Masterclasses 2008
Masterclasses 2009	Masterclasses 2010	Masterclasses 2011	Masterclasses 2012
Masterclasses 2013	Masterclasses 2014	Masterclasses 2015	Masterclasses 2016
Masterclasses 2017	Masterclasses 2018