Wraenia z pobytu w CERN Czym jest CERN

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-TODMi. DN, 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 Andrzej Sołtan Marian Danysz Marian Mięsowicz wystarali się o kilka indywidualnych stypendiów dla młodych fizyków na staże w CERN. Te indywidualne kontakty przekształciły się w intensywną współpracę naukową. 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.

Dokument ratyfikacyjny

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 ? Ø Badania naukowe. Ø Nowe technologie. Transfer technologii. Ø Edukacja. Ø 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 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 Me. V

Kompleks akceleratorów w CERN Synchrotron protonowy (PS) 1959 Synchrotron (PS) przyspiesza elektrony do 28 Ge. V; dzisiaj działa jako wstępny akcelerator

Kompleks akceleratorów w CERN Akcelerator (PSB) BOOSTER 1972 PSP „Booster” - Czteropierścieniowy wstępny akcelerator (800 Ge. V)

Kompleks akceleratorów w CERN Synchrotron jonów niskoenergetycznych (LEIR) 2005 LEIR pierścień jonów dla LHC

Kompleks akceleratorów w CERN 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 Ge. V; 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 Te. V

Detektory cząstek ● Detektory cząstek są elektronicznymi „oczami” fizyków. ● Detektory rejestrują cząstki powstałe w zderzeniach wiązek. ● Współczesne detektory są wielkimi, niezwykle złożonymi i czułymi instrumentami. Wszystkie cztery detektory LEP-u zostały zbudowane w kształcie gigantycznych cylindrów o rozmiarach mniej więcej trzypiętrowego budynku. 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 zastosowaniu 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 powstaje pierwotna plazma kwarkowogluonowa. Będzie badał zderzenia proton-proton uzyskując z nich dane porównawcze do zderzeń jonów ołowiu.

Główne osiągnięcia naukowe CERN 1973: 1983: 1995: 2001: Odkrycie Pierwsze Odkrycie prądów neutralnych w komorze “Gargamelle”. bozonów W i Z w eksperymentach UA 1 i UA 2. atomy antymaterii w eksperymencie PS 210. łamania symetrii CP w eksperymencie NA 48. 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

Wrażenia z pobytu w CERN Zwiedzanie tunelu LHC

Wrażenia z pobytu w CERN Budynek Zespołu ATLAS Cewki toroidalne Można spojrzeć z góry do tunelu Fragment „Wielkiego Koła” Komory mionowe Eksperyment ATLAS (średnica 22 m, długość 46 m)

Wrażenia z pobytu w CERN Fotka z wystawy MICROCOSM - interaktywna wystawa

Wrażenia z pobytu w CERN Dr Mick Storr Prof. Barbara Badełek Prof. Marek Demianski Dr inż. Zbigniew Hajduk Dr inż. Andrzej Siemko W W sali wykładowej uczestnicy kursu z z wykładowcami

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 Festyn, Przed stołówką Nie tylko praca – biegi zespołowe Eksponaty muzealne

ANEKS: Wspomnienia z CERN-u Chamonix 3842 m n. p. m. Widok miasta z kolejki Przesiadka między kolejkami Wycieczka do Chamonix i pod Mont Blanc

Wspomnienia z CERN-u Zwiedzanie Genewy – zgodnie z planem Micka Storra

ANEKS: Wspomnienia z CERN-u Wycieczka do Annecy

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 Dziękuję za uwagę