VIDEO Bili smo s nastavnicima i studentima fizike na čuvenom CERN-u: ‘Ovdje smo na fronti istraživanja’
CERN uživa reputaciju središta moderne fizike. Stoga se nastavnicima ovog školskog predmeta i studentima završne godine nastavničkog smjera fizike na zagrebačkom PMF-u ostvario san kada su od 13. do 17. travnja boravili u čuvenom Europskom laboratoriju za fiziku čestica. Kroz predavanja, radionice i posjete istraživačkim postrojenjima, putnici su iz prve ruke doznali kako funkcionira Veliki hadronski sudarač čestica (LHC) i detektori Atlas i CMS koji su otkrili Higgsov bozon. Vidjeli smo i postrojenje za proizvodnju i eksperimentiranje s antimaterijom. Ovo putovanje iz godine u godinu organiziraju znanstvenici s FESB-a, IRB-a i PMF-a, sudionici dobivaju i CERN-ov certifikat koji im se u Hrvatskoj priznaje kao stručno usavršavanje.
Galerija 50 Fotografija
Otvori
O teorijskoj fizici, pitanjima od čega smo sastavljeni i tajnama našeg svemira, možemo promišljati gdje god se nađemo. Ipak, za rad na stvarnim eksperimentima u čestičnoj fizici svaki fizičar mašta o putovanju u Meyrin, nedaleko od Ženeve u Švicarskoj. Kao što je poznato, tamo je smješten Europski laboratorij za fiziku čestica (CERN).
Na tom tragu, mala ekspedicija iz Hrvatske, u kojoj se našao i autor ovog teksta, još će dugo zbrajati sve dojmove nakon što smo od 13. do 17. travnja iz prve ruke vidjeli kako izgleda mjesto na kojem je došlo do nekih od najvećih otkrića u modernoj fizici. Mjesto gdje znanstvenici i inženjeri i dalje neumorno rade najnovija istraživanja koja mogu promijeniti naše razumijevanje svemira, ali i svakodnevni život. Internet, odnosno World wide web, PET Scan i touchscreen, sve su to važni izumi današnjice koji su potekli upravo iz CERN-a.
Radionice, predavanja, posjete istraživačkim postrojenjima: ‘Tko se bavi fizikom, cilj mu je završiti ovdje’
Grupa od 35 osoba putovala je pod vodstvom dekana zagrebačkog Prirodoslovnog matematičkog fakulteta (PMF) Mirka Planinića te Vuka Brigljevića, znanstvenog savjetnika u trajnom zvanju na Institutu Ruđer Bošković (IRB). Program je uz njih vodio i Nikola Godinović, šef katedre za fiziku na splitskom Fakultetu elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje (FESB). Sva trojica nisu samo vrsni predavači, već i istraživači koji znaju što znači raditi na CERN-u.
Kao što nam je Planinić već objasnio u prosincu prošle godine, PMF redovito godinama redovito organizira posjetu CERN-u za studente završne godine istraživačkog smjera fizike, kao i stručno usavršavanje na CERN-u za nastavnike fizike. Svi nastavnici na ovom putovanju su od CERN-a dobili certifikate da su prošli Nacionalni hrvatski učiteljski program CERN-a koji ukupno ima ’20 sati predavanja, radionica i posjeta istraživačkim postrojenjima’. Ove certifikate naša Agencija za odgoj i obrazovanje boduje i za usavršavanje nastavnika. S obzirom da je ovo bila međunarodna edukacija od 20 sati, AZOO bi je trebao, prema pravilniku, bodovati s tri boda. Ipak, ova godina je bila posebna i po tome što su se osnovnoškolskim i srednjoškolskim nastavnicima pridružili i studenti završne godine nastavničkog smjera fizike. Među njima je i student Domagoj Rakitić. Ne dvoji da mu je ovo putovanje dragocjeno za vlastito profesionalno usavršavanje, ali i ostvarenje snova.
– CERN je općenito svjetski poznat pojam. Svi čuli za njega, znaju da se tamo sudaraju čestice. Za mene je CERN glavno izvorište fizike. Tko se njome bavi, cilj mu je završiti ovdje, opisao nam je mladi student kako je doživio putovanje na koje se otisnuo.
Posjet CERN-u razveselio je i profesoricu fizike Suzanu Bandalo iz Osnovne škole Josipa Antona Čolnića Đakovo. Kako nam je objasnila svi njeni učenici znaju što je CERN, ali ne i detalje njihovog rada. Tijekom putovanja se već složila s jednom od kolegica da će, po povratku u Hrvatsku, barem jedan školski sat morati posvetiti samo objašnjavanju što je sve vidjela i kako funkcioniraju sudarači čestica.
– Dolazak u CERN mi je zapravo omogućio proširenje vidika. Obogaćuje nas vidjeti što sve znanstvenici ovdje rade i definitivno ćemo moći prenijeti to na nastavu, rekla je Bandalo.
Nastavnici i studenti fizike posjetili su CERN. Na slici: Prvi CERN-ov veliki akcelerator, Sinkrotron | Foto: Ivor Kruljac, srednja.hr
Dva detektora, jedno veliko otkriće: Pod zemljom treba paziti na radijaciju i magnetska polja
Tijekom trodnevnog programa, nastavnici i studenti su vidjeli prošlost, sadašnjost, ali i potencijalnu budućnost ove ‘meke fizičara’. Tako smo vidjeli prvi CERN-ov veliki akcelerator, Sinkrotron koji se danas čuva kao izložbeni primjerak. Izgrađen 1957. godine, krenuo je raditi prve pokuse čestične i nuklearne fizike te je radio pune 33 godine.
No, uz impresivnu povijest, aktualni pokusi i eksperimenti još više ostavljaju bez daha. Poput Atlas i CMS detektora. U CERN-u su ponosni jer su oba detektora 2012. godine detektirala famozni Higgsov bozon. Ta čestica objašnjava zašto mi, i sve s čime imamo interakciju, ima masu. Time je potvrđena valjanost teorije standardnog modela po kojoj su temeljni gradivni blokovi u interakciji kroz tri temeljne sile: snažna i slaba sila te elektromagnetska sila. Tu je i gravitacijska sila, ali ona zasad nije opisana u ovom modelu. U trenutku naše posjete Atlasu 14. travnja, na monitoru u zgradi su pobrojali da je od 31.411.620.000.000.000 događaja u Atlasu, brzo raspadajući Higgs detektiran 16.040.610 puta.
Pri tome smo se, vidjevši kontrolne sobe ovih detektora, uvjerili da znanstvenici konstantno analiziraju i nove podatke ovog sudarača. Isto kao i u CMS-u koji ima svoj podatkovni centar. Oba detektora uz Higgsov bozon istražuju i ekstra dimenzije te čestice koje bi potencijalno mogle biti sastav tamne tvari. Ona nema interakciju s elektromagnetskom silom pa stoga ne emitira, apsorbira niti reflektira svjetlost. Ne možemo je vidjeti i stoga ju je pravi izazov istražiti. U CERN-u ističu da su istraživači primijetili njeno postojanje samo zbog njenog gravitacijskog učinka na vidljivu materiju.
Nastavnici i studenti fizike posjetili su CERN. Na slici: Kontrolna soba ATLAS detektora | Foto: Ivor Kruljac, srednja.hr
Iako se bave istim stvarima, Atlas i CMS se razlikuju po svojim tehničkim rješenjima i magnetskim sistemom koji koriste u eksperimentima. Time potvrđuju svoja otkrića jer detekcija Higgsovog bozona u oba, različita detektora, unutar Velikog sudarača čestica (LHC), daju potvrdu da se ne radi o pogrešnom čitanju podataka na jednom od detektora. Atlas je impresivan i kao najveći od devet glavnih detektora na CERN-ovom LHC-u. Težak je sedam tisuća tona, širok i visok 25 metara te duljine 46 metara. Dok je CMS-ov detektor puno manji (dimenzija 15×15 metara te dugačak 21 metar), drži rekord jer su na njemu ostvarene neke od najvećih znanstvenih suradnji na cijelom svijetu. Prema najsvježijim podacima CERN-a, otkako je krenuo prikupljati podatke 23. studenog 2009. godine, u radu CMS-a sudjeluje 6.011 sudionika (fizičara, inženjera, tehničara i studenata) iz 247 instituta iz 50 zemalja svijeta. Čak 1.921 znanstveni autor je napisao znanstvene radove na temelju rezultata koje je ovaj detektor zabilježio.
Nastavnici i studenti fizike posjetili su CERN. Na slici: Postrojenje detektora CMS | Foto: Ivor Kruljac, srednja.hr
Posjet CMS-u, na francuskoj strani CERN-a, bio je prava poslastica i jer smo se spustili 87,8 metara ispod zemlje, na njegovu razinu -2. Tamo smo vidjeli generatore koji daju električnu energiju za funkcioniranje CMS-a. Otišli smo i do jednog od ulaza u LHC-ov tunel, popraćen vratima ispred kojih su upozorenja za zonu radijacije i magnetskih polja. Radijacija nam srećom nije škodila, ali su magnetska polja palila i gasila našu kameru bez naše kontrole. Iako nismo mogli ući u sam tunel gdje se nalazi sudarač zbog eksperimenata koji su bili u tijeku, područje u pogonu koji smo vidjeli, kao i dijelove CMS-a u izložbenom prostoru, omogućilo je nastavnicima da si vizualiziraju ranija predavanja o funkcioniranju sudarača čestica i detektora i subatomskih čestica koji se u njemu sudaraju.
Ne, od antimaterije ne možete napraviti bombu: Samo zanimljive eksperimente
No, imali smo priliku i svojim očima vidjeti eksperimente u ‘Tvornici antimaterije‘, pojma koji će nekima uvući strah u kosti zbog filma prema istoimenom romanu Dana Browna, ‘Anđeli i demoni’. No, u stvarnosti, uvjerili su nas vodiči, antimaterija se ne može proizvesti u količinama koje bi dovele do zastrašujućeg oružja. U najgorem slučaju, našalio se jedan od vodiča, mogu uništiti sami sebe. Ukratko antimaterija je ekvivalent materiji samo suprotnog naboja. Primjerice, proton koji je pozitivan i antiproton koji je negativan. Upravo su antiprotoni ključni u ovoj tvornici antimaterije. Proizvode se antiprotonskim deakceleratorom koji usporava ove čestice i omogućuje fizičarima njihovo proučavanje, a kroz antiprotonski prsten ELENA koji smo vidjeli, male količine ovih čestica se mogu i ‘zarobiti’ te proizvesti antivodik.
S njime se već i provodi nekoliko eksperimenata. Tako smo vidjeli GBAR koji proučava kako gravitacija utječe na antivodik. Tu je i Alpha eksperiment koji proučava razliku između vodika i antivodika. Upravo su u Alphi u srpnju 2011. godine, fizičari prvi put uspjeli zarobiti antimaterijske atome na dulje od 16 minuta. Za taj uspjeh koriste superprovodljive magnete koje zatvore antimateriju u magnetskom polju što znanstvenicima daje vremena da ih proučavaju.
Međutim, znanstvenici mogu znati jesu li uspjeli zarobiti antimateriju tek kada isključe magnete te vide da se antitvar sudarila s površinom zamke izvan vakuuma i magnetskog polja. Tada antimaterija poništava u dodiru s materijom. U tom poništavanju, silikonski detektori uoče energiju kojom mogu locirati lokaciju antiatoma u pokusu.
Nastavnici i studenti fizike posjetili su CERN. Na slici: Tvornica antimaterije, antiprotonski prsten ELENA koji usporava antimateriju | Foto: Ivor Kruljac, srednja.hr
Poruka koju treba prenijeti na nastavi: U CERN se puno ulaže, ali se vraća kroz napredak tehnologije
Nakon tri dana CERN-a nastavnici i studenti fizike će nesumnjivo još dugo upijati svoje dojmove. Na povratku prema Zagrebu, profesorica Bandalo nam je navela da joj se sve svidjelo ali je ipak upravo tvornica antimaterije ostavila na nju najjači dojam.
– Nisam znala da smo je stvarno počeli proizvoditi i da smo toliko daleko došli s njom. To je stvarno otkriće. Dojmilo me i da na CERN-u ima toliko mladih ljudi i da ih pozivaju da dođu, probaju i okušaju se u svojim idejama, sažela je Bandalo svoje dojmove.
Studentu Domagoju bilo je vrlo zanimljivo vidjeti i centar podataka u kojemu se selektiraju i čuvaju svi važni podaci istraživanja. S time da ih je nemoguće sve sačuvati pa sami serveri iznimno brzo moraju odrediti koje podatke sudara čestica čuvaju a koje ne. Ukratko, što je veća energija oslobođena, veća je vjerojatnost da je riječ o događaju vrijednog čuvanja i analiziranja. Vidjevši i ured gdje je nastao internet, Domagoju se posebno sviđa što CERN ‘daje svijetu svoja istraživanja’.
– Cijeli cilj CERN-a je napredak tehnologije i znanosti općenito. To se kao poruka definitivno može prenijeti u nastavi. Dosta ljudi će gledati koliko se novaca ulaže u CERN, ali realnost je da se novci ne bacaju. Prelijevaju se u druge stvari, građevinarstvo i inženjerstvo. Ne ulaže se u samo jednu stvar, a vraća se dosta toga, ustvrdio je Domagoj.
Nije poanta da čovjek sve zna, već da nauči razmišljati: ‘Kroz pogreške i pokušaje napredujemo’
Uz certifikat za napredovanje, nastavnici su kroz cijelo iskustvo CERN-a dobili nove alate kojima će nove generacije zainteresirati za fiziku i STEM područje. Uz nastavnike i studente, zadovoljni su i sami voditelji putovanja koji su svojim putnicima održavali i predavanja o CERN-u i čestičnoj fizici. Brigljeviću se ove, kao i ranijih godina, svidjelo što su nastavnici bili vrlo zainteresirani. Pitanja su postavljali ne samo na predavanjima već i u slobodno vrijeme.
Sam Brigljević je radio na CMS detektoru te smo našli i njegovu fotografiju na velikom zidu koji prikazuje brojne znanstvenike koji su na njemu radili. Upitan da li znanstvenike na CERN-u ipak malo dekoncentriraju posjetitelji, Brigljević navodi da istraživači gotovo ni ne primijete da ih netko gleda.
– Većina ljudi koji ovdje rade vole svoj rad i zadovoljni su s njime. Obično o tome vole pričati. Osobe koje ste vidjeli u kontrolnoj sobi su kolege poput mene koji manji dio godine provode na CERN-u, a veći dio na svojim institutima. Brojni od njih su profesori ili imaju aktivnosti te su jako svjesni važnosti komunikacije sa studentima i općenito s javnosti, pojasnio je Brigljević koji ima 30 godina iskustva istraživanja čestične fizike.
Kao voditelj IRB-ovog Laboratorija za fiziku elementarnih čestica, u Zagrebu predvodi grupu koja aktivno radi na CERN-ovim eksperimentima te je pojašnjavao čestičnu fiziku ne samo kroz predavanja, već i kroz pitanja. Iako nastavnici nisu uvijek sve znali, Brigljević ističe da cilj nije bio izvući točan odgovor već ih potaknuti na razmišljanje.
– Katkad smo ih namjerno navukli na krivi odgovor jer, znam po sebi, iz krivih odgovora čovjek najviše nauči. Nije cilj znati činjenice, nego naučiti razmišljati i to pokušavamo u nastavi, rekao je.
S time se slaže i PMF-ov dekan Planinić. Osim što je čelnik zagrebačkog fakulteta, ima trajno zvanje profesora fizike. Vodi grupu znanstvenika koja na CERN-u sudjeluje u ALICE kolaboraciji koja proučava kvarkovsko-gluonske plazme koja je na CERN-u prvi put otkrivena 2000. godine. Kao glavni cilj posjete CERN-u, istaknuo je poticanje znatiželje nastavnika, a onda posredno i kod djece, ali i na županijskim sastancima nastavnika kako bi zainteresirali još ljudi za ovu edukaciju i usavršavanje.
– Mi smo ovdje na fronti istraživanja i normalno je da nastavnici koji su slušali općenite predmete uvoda u nuklearnu fiziku čestica nisu na tom nivou. Ali, to ne smeta. Cilj je razviti ‘growth mindset’ gdje ste stalno izloženi pokušajima i pogreškama kroz koje se najbolje uči. Imate jedan eksperiment koji to najbolje ilustrira. Radili su pokus s drvom koje su razvijali u stakleniku. Kada je naraslo, makli su ga iz staklenika. Nakon prvog vjetra, drvo je palo na zemlju jer nije imalo dovoljno jako korijenje, nije bilo izloženo nevoljama ovoga svijeta. Tako je i kad učimo. Ako smo izloženi, kroz pogreške i pokušaje napredujemo. To je ideja znanosti i rada s nastavnicima koji ovdje dođu, zaključio je Planinić pri završetku putovanja u samu srž fascinantnog svijeta suvremenih istraživanja fizike.
