Informacje zawarte na płycie zostały podzielone na kilka głównych zagadnień obejmujących najważniejsze problemy fizyki cząstek. Ogólny wstęp do tematyki płyty znajduje się w rozdziale Recepcja, bardziej szczegółowe wprowadzenie do fizyki cząstek w rozdziale Teoria, natomiast rozdziały Akceleratory oraz Detektory poświęcone są narzędziom pracy fizyków. Każdy rozdział zawiera pewną liczbę podrozdziałów, a informacje uporządkowane są tak, że zapoznawanie się z kolejnymi podrozdziałami oznacza coraz bardziej szczegółowe zagłębianie się w jego tematykę.
Najistotniejszą część niniejszego CD-ROM-u stanowi rozdział Zadania. Znajdą w nim Państwo zadania przeznaczone do wykonania przez uczniów, wymagające przeprowadzenia prawdziwej analizy fizycznej z wykorzystaniem autentycznych danych pomiarowych. Przed przystąpieniem do wykonywania tych zadań uczniowie będą się musieli zapoznać z informacjami zawartymi na początku każdego z poprzedzających je rozdziałów. Zanim jednak zabiorą się do zadań, znajdą się w "Pokoju Odpraw" otwierającym rozdział Zadania, gdzie będą mogli sprawdzić swoją wiedzę.
Dołożyliśmy wszelkich starań, aby nawigacja CD-ROM-em była łatwa. Opiera się ona na metaforze wizyty w CERN-ie. Pasek menu po lewej stronie pozwala dojść do wybranego miejsca na płycie. Wyposażony w łącza indeks umożliwia powrót do miejsca, gdzie użyto danego pojęcia, zaś kliknięcie na okno znajdujące się w lewym górnym rogu prowadzi z powrotem do mapy CERN-u, na której tytuły rozdziałów skojarzono z odpowiednimi budynkami i która także pozwala wejść do dowolnego miejsca, które chcieliby Państwo odwiedzić.
Autorzy niniejszego CD-ROM-u z przyjemnością zapoznaliby się z wynikami analiz przeprowadzonych przez Państwa uczniów. Pomogłoby to nam w przyszłości stworzyć jego udoskonaloną wersję. Gdyby chcieli Państwo podzielić się z nami tymi wynikami, prosimy je przesłać na jeden z podanych poniżej adresów.
Cząstka Z jest elektrycznie obojętna. Oznacza to, że może się rozpaść na pary przeciwnie naładowanych cząstek, jak para elektron-pozyton, mion-antymion, tau-antytau lub kwark i antykwark. Może także rozpaść się na pary cząstek obojętnych, neutrin i antyneutrin. Neutrina nie pozostawiają śladów w detektorze, co oznacza, że nie da się bezpośrednio zmierzyć stosunku rozgałęzień dla rozpadu cząstki Z na neutrina. Jednak to właśnie te "niewidzialne" rozpady cząstki Z pozwalają nam wymyślić, z czego zbudowany jest Wszechświat. Wrócimy do nich później.
W celu zmierzenia stosunków rozgałęzień dla rozpadów cząstki Z na "widzialne" cząstki, uczniowie będą oglądać odtworzone komputerowo rozpady cząstki Z. Wykorzystując wiedzę na temat różnych rozpadów, jaką zdobyli zapoznając się z wprowadzeniem, będą identyfikować rozpady, a następnie sumować, ile razy cząstka Z rozpada się na elektron i pozyton, mion i antymion, tau i antytau czy kwark i antykwark.
Im więcej zdarzeń zbadają, tym dokładniejsze otrzymają wyniki. Najlepiej zatem wykonywać to zadanie w zespołach, z których każdy odpowiada za przeanalizowanie jednego pliku zawierającego 100 zdarzeń. Każda grupa powinna przygotować tabelę, według pokazanego poniżej wzoru, w której będzie zapisywać swoje obserwacje. Poszczególne zdarzenia mogą należeć tylko do jednego z czterech poniższych typów. Po zakończeniu obserwacji uczniowie mogą obliczyć stosunki rozgałęzień dla rozpadu cząstki Z na każdy typ cząstek, dzieląc liczbę danego typu zdarzeń przez liczbę wszystkich oglądanych zdarzeń.
| numer zdarzenia | e+e- | m+m- | t+t- | kwark-antykwark |
| 1 | X | - | - | - |
| 2 | - | - | - | X |
| 3 | - | - | - | X |
| 4 | - | - | X | - |
| Razem | ||||
| 4 zdarzenia | 1 | 0 | 1 | 2 |
Po skończeniu pracy przez wszystkie zespoły badawcze warto, by uczniowie przedstawili na tablicy uzyskane stosunki rozgałęzień. Jeśli wyniki wszystkich grup przedstawimy na wykresie, zobaczymy, że nie są one jednakowe, ale grupują się wokół pewnej wartości średniej. Kolejnym krokiem analizy będzie opracowanie wszystkich wyników metodami statystycznymi, w celu uzyskania ostatecznego rezultatu, który następnie można porównać z wynikami opublikowanymi przez CERN.
Na zakończenie zadania przedstawiono dyskusję znaczenia pomiaru stosunku rozgałęzień oraz wpływu, jaki jego wartość ma na skład materii we Wszechświecie.
[Kliknij tutaj, aby otworzyć zadanie "Stosunek rozgałęzień dla Z"]
Jak mogli Państwo zauważyć, identyfikacja zdarzeń nie zawsze jest łatwa. W istocie przyroda zachowuje się tak, że nie zawsze da się ze stuprocentową pewnością powiedzieć, co przedstawia dane zdarzenie. Aby państwu pomóc, na płycie zamieściliśmy spis najbardziej prawdopodobnych interpretacji każdego rozpadu. Poniższe pliki z odpowiedziami dotyczą kolejnych plików zdarzeń:
Jest tak dlatego, że kwarki i antykwarki mogą emitować gluony, czyli nośniki oddziaływań silnych, które wytwarzają własne strumienie cząstek. Prawdopodobieństwo, że kwark lub antykwark wyemituje gluon jest bezpośrednio związane z natężeniem oddziaływań silnych. Oznacza to, ze zliczając liczby dwu-, trój-, cztero- i więcej dżetowych zdarzeń możemy zmierzyć natężenie oddziaływań silnych. Taki właśnie jest cel niniejszego zadania. Na zakończenie zadania przedstawiono dyskusję względnych natężeń wszystkich oddziaływań w przyrodzie.
Uczniowie wykorzystują te same zdarzenia, co w poprzednim zadaniu, jednak powinni sporządzić nieco inne tabele:
| numer zdarzenia | 2-dżetowe | 3-dżetowe | >3-dżetowe | |
| 1 | X | - | - | |
| 2 | - | X | - | |
| 3 | X | - | - | |
| 4 | - | - | X | |
| Razem | ||||
| 4 zdarzenia | 2 | 1 | 1 | |
Ponieważ w zadaniu 1 i 2 wykorzystuje się te same zbiory danych, jeśli uczniowie mają dość czasu, nic nie stoi na przeszkodzie, aby wykonali oba zadania jednocześnie.
[Kliknij tutaj, aby otworzyć zadanie "Stała sprzężenia oddziaływań silnych"]
Ponieważ cząstka Z rozpada się na pary elektron-pozyton lub pary mion-antymion, natomiast pary tau-antytau występują stosunkowo rzadko, jeden plik zawiera właśnie takie zdarzenia.
[Kliknij tutaj, aby otworzyć zadanie "Rzadkie zdarzenia z cząstkami W i Z]
Następujące ogólne wskazówki powinny Państwu pomóc możliwie najlepiej wykorzystać niniejszy CD-ROM:
|
James Gillies CERN 1211 Geneva 23 Switzerland E-mail: James.Gillies@cern.ch
Telefon: + 41 22 767 63 33 |
Richard Jacobsson CERN 1211 Geneva 23 Switzerland E-mail: Richard.Jacobsson@cern.ch
Telephone: + 41 22 767 36 19 |