International MasterClasses for High School Students 2008

Índice

Informações Gerais

O Programa MasterClass e os Estduantes do Ensino Médio

MasterClass é um evento com duração de um dia inteiro, no qual estudantes do ensino médio vão a um instituto de pesquisa participante e trabalham com mentores de física de partículas, com a finalidade de aprender sobre o Modelo Padrão, o LEP, o LHC, e de analisar eventos de decaimento do bóson Z, com dados reais do LEP. Nesse exercício, devem determinar as taxas de decaimento de cada modo individual possível do bóson Z, contando para isso com a colaboração de professores e mentores. Os resultados são, então, discutidos via videoconferência através do software EVO, com outros grupos de estudantes que se encontram em outros institutos participantes do MasterClass.

O papel dos mentores

Cabe aos mentores:

• Organizar e testar o EVO em um local onde o grupo de estudantes possa ser acomodado
• Convidar professores para reunir um grupo de estudantes
• Preparar apresentações de física (ou usar uma versão existente na organização do evento)
• Providenciar salas, espaço para trabalhar, uma conexão confiável de Internet
• Orientar estudantes e professores

Links Importantes

• Webpage do MasterClass
• Webpage dos Participantes
• SPRACE no MasterClass
• Horário
• Videoconferência (EVO)
  • Horários de Teste do Sistema de Videoconferência (EVO)
• Contato:
  • Sandra S. Padula: padula@ift.unesp.br
  • Sérgio F. Novaes: novaes@fnal.gov

Participação de São Paulo

Horário
Data	13/março/2008	Quinta-feira
Videoconferência	12h30 (São Paulo)	16h30 Central European Time (CET)
Participantes
São Paulo	Brasil	http://www.physicsmasterclasses.org/institutes/inst_br_saopaulo.htm
Dortmund	Alemanha	http://www.physicsmasterclasses.org/institutes/inst_de_dortmund_en.htm
Padova	Itália	http://www.physicsmasterclasses.org/institutes/inst_it_padova_en.htm
Pisa	Itália	http://www.physicsmasterclasses.org/institutes/inst_it_pisa_en.htm
Presov	Eslováquia	http://www.physicsmasterclasses.org/institutes/inst_sk_presov_en.htm
Witwatersrand	Africa do Sul	http://www.physicsmasterclasses.org/institutes/inst_za_witwatersrand.htm
Berna	Suíça	http://www.physicsmasterclasses.org/institutes/inst_ch_bern_en.htm
Física
Dia do Professor	Decaimento do Z0	Large Electron-Positron (LEP, CERN)
Dia do Estudante	Decaimento do Z0	Large Hadron Collider (LHC, CERN)

Local do Evento

SPRACE

• Rua do Matão, Travessa R, 187
• Cidade Universitaria
• Edifício Van der Graaff
• 05508-900 - Sao Paulo, SP
• Mapa

Colégio Dante Alighieri

Contato

• Márcio Marques de Oliveira
  • E-mail: gotoku@ig.com.br

Suporte de TI

• Fernando Eça
  • E-mail: fernando.nunes@cda.colegiodante.com.br
  • Tel: 3179-4400, Ramal 4304

Escola de Aplicação da Faculdade de Educação da USP

Contato

• Nelson Barrelo
  • E-mail: nbarrelo@usp.br

EVO Suporte

• Philippe Galvez
  • E-mail: galvez@caltech.edu
  • Tel: +1 (626) 395-4017
• Gustavo Faria (Centros de Produção - USP)
  • E-mail: gusfaria@usp.br
  • Tel: 3091-6329

Agenda

Como a videoconferência deve ser feita às 16h30, horário europeu (12h30 em São Paulo), não haveria tempo hábil para que os participantes paulistas cumprissem toda a programação, pois disporiam de apenas um período de trabalho antes da mesma. Assim, parte da programação do dia do evento deverá ser desenvolvido na tarde que antecede a videoconferência.

Observação:

A agenda acima visa desenvolver as atividades previstas para o dia do evento:

• Dia dos Professores - Palestra para os professores dos alunos participantes. Poderá preceder o MasterClass, ou os professores poderiam assistir as palestras oferecidas para os alunos.
• Palestras - Alunos devem ser apresentados aos conceitos de física de partículas e detectores.
• Refeição - Alunos devem almoçar com os palestrantes, organizadores e professores, para que possa haver interação e esclarecimento de eventuais dúvidas de maneira informal.
• Aula Preparatória específica para o exercício, sua execução e discussão.
• Discussão dos resultados obtidos em videoconferência, utilizando o software EVO

Palestras

As palestras devem preparar os estudantes para os exercícios. Deve incluir os conceitos básicos e noções necessárias, mas não uma descrição técnica detalhada do exercício, que deve ser dada imediatamente antes de seu começo.

As palestras devem cobrir os tópicos:

• Blocos constituintes fundamentais da matéria: quarks e léptons
  • 6 quarks diferentes
  • 3 léptons carregados e seus parceiros neutros

• Como descobrimos os constituintes: colisão de partículas, aceleradores e detectores
  • Exemplos: OPAL ou DELPHI

• Os blocos constituintes fundamentais dividem-se em 3 famílias com massas diferentes mas propriedades simulares
  • Um dos exercícios tem como objetivo provar isso para o elétron, múon e tau.

• 4 forças básicas, 3 delas importantes para partículas elementares

• Partículas mensageiras para cada força
  • Ênfase especial na partícula Z0, necessária para os exercícios

• Cargas correspondentes a cada força
  • Ênfase especial nas três cargas fortes

• Antimatéria - matéria com cargas opostas

• Antimatéria e matéria se aniquilam em partículas mensageiras
  • elétron + pósitron ----> fóton ou Z0
  • Introdução ao LEP

• Vice-versa, criação de pares: partículas mensageiras se transformam em matéria e antimatéria
  • Necessários para decaimentos Z0: 5 quarks acessíveis (top é muito pesado), 3 léptons e 3 neutrinos
  • Quarks formam jatos, neutrinos são invisíveis e taus se transformam em partículas mais leves

• • Partículas mensageiras também são responsáveis pela transformação de outras partículas
  • Conceitos de "interação" = força ou 'decaimento' ou criação
  • Decaimentos tau são necessários para os exercícios, especialmente os neutrinos não vistos no decaimento tau
  • Detalhes do decaimento do tau podem ser discutidos antes do exercício

• Detecção e identificação das partículas = função de suas interações (cargas) e de suas massas

• Aspecto de 'camadas de cebola' dos detectores de partículas: cada partícula deixa um padrão característico

• Identificação de partículas: trabalho de detetive
  • Interpretação do padrão de resposta do detector

Exercícios

Cada local deve escolher um dos exercícios de decaimento Z: DELPHI (Hands-on-Cern ou Keyhole) ou OPAL (Identifying Particles)

Cada pacote de exercícios contém 1000 eventos, os quais devem ser distribuídos entre os estudantes: Para 10 grupos de 2 estudantes: cada grupo analisa 100 eventos (vide combinação local de arquivos Zdecay_xxxx100.xls, xxx=DELPHI/OPAL) Para 20 grupos de 2 estudantes: cada grupo analisa 50 eventos (vide combinação local de arquivos Zdecay_xxxx50.xls, xxx=DELPHI/OPAL) e qualquer outra distribuição também é possível, no entanto, dados menores do que 50 eventos por grupo não são recomendáveis (poucos léptons).

Se as amostras de dados idênticas forem dadas a grupos diferentes, deve ser tirada a média de seus resultados antes de colcá-los na tabela Excel local. N.B.: O arquivo Excel não requer que os grupos trabalhem por todos os seus eventos. Frequentemente alguns grupos cuidadosos são muito mais lentos que outros. Assim, os grupos mais rápidos deverão fazer outro exercício voluntário ou os grupos mais lentos darão os resultados de apenas 70 eventos, ao invés de 100, por exemplo.

Note que os dados do OPAL têm um corte de cos(teta) para suprimir o background devido ao espalhamento Bhabha e+e- com respeito ao decaimento de Z0 em e+e-. Um fator de correção adicional de 1,6 é aplicado em Zdecay_OPAL.xls para levar em conta esse corte. Nenhuma correlação como essa deve ser aplicada aos dados do DELPHI, os quais cobrem um intervalo angular menor (Zdecay_DELPHI.xls), ficando assim menos exposto ao background Bhabha.

As probabilidades de decaimento ("branching ratios") são calculadas nos arquivos de Excel com respeito aos decaimentos visíveis. Elas não são corrigidas para os 20% de decaimentos do Z invisíveis em neutrinos. Para a discussão, os decaimentos em neutrinos são irrelevantes.

A presença de estudantes de pós-graduação para ajudar os alunos de ensino médio com seus exercícios no PC é extremamente importante. Para aproximadamente cada 10 estudantes (5 grupos), um estudante é necessário como tutor.

Na 1/2h de introdução ao exercício, o cientista deve apresentar todas as questões importantes (isso pode ser feito, por exemplo, varrendo com os alunos as primeiras páginas do pacote de exercícios, usando um projetor), mas certamente não poderá cobrir todas as eventualidades, como por exemplo, muon aparecendo em jatos, fotons convertidos de pi0 nos decaimentos de tau, etc. Os estudantes devem encontrar os problemas sozinhos. Especialmente a classe "tau-tau" não deve ser usada apenas como "tudo que não encaixa em outro lugar", mas os estudantes devem estar convencidos de sua escolha.

Quiz (com prêmios)

Ao final da videoconferência, haverá o Masterclass Quiz, a ser dado pelos moderadores, com o objetivo de ser uma atividade lúdica e divertida envolvendo os participantes!

• As Regras do Jogo são as seguintes:
  • Haverá 10 Questões do tipo múltipla escolha + 1 "tie-breaker".
  • Espera-se que cada Questão seja respondida em cerca de 30s.
  • O trabalho será feito em grupos de 2 participantes.
  • As Questões serão respondidas em folhas de Respostas e devolvidas aos instrutores.

Os grupos ganhadores em cada instituto receberão um prêmio do CERN. O time que tiver o melhor resultado do dia receberá também um prêmio adicional do CERN. As perguntas serão feitas em inglês, sendo acompanhadas de tradução em português.

Avaliação/Questionário

Todos os estudantes devem preencher um questionário de avaliação do MasterClass2008 antes de obter seus certificados de participação. As avaliações preenchidas devem ser mandadas imediatamente por correio para:

Virtual Collaboration:

Alexander Dirner, Institute of Physics, Faculty of Science, P. J. Safarik University, Jesenna 5, 040 01 Kosice, Slovak Republic

QuarkNet:

Kenneth Cecire, QuarkNet Staff Teacher, Hampton University, Graduate Physics Research center, Hampton, Virginia 23668, USA

O Brasil provavelmente enviará os questionários para o endereço europeu.

No questionário serão avaliados itens como o tempo de uso do computador pelos alunos, se eles tem aulas esperimentais de física, e se possuem, se usam o computador para analisá-los, se gostam de física, quais termos de física lhes eram conhecidos antes do MasterClass. No que concerne ao evento em si, serão questionados sobre as palestras, os exercícios, e a videoconferencia, tanto em questões técnicas quanto em questões sobre o impacto da participação do evento em seus gostos e referências quanto à física de partículas.

MasterClass nos Estados Unidos

• Informações Gerais

Proposta Curricular do Estado de São Paulo

É importante lembrar que a Proposta Curricular do Estado de São Paulo de 2008 inclui no 4o Bimestre do 3o ano:

• Partículas elementares
  • Evolução no tempo dos modelos explicativos da matéria: do átomo grego aos quarks;
  • Existência e diversidade de partículas subatômicas;
  • Processos de identificação e detecção de partículas subatômicas;
  • Natureza das interações e a dimensão da energia envolvida nas transformações de partículas subatômicas (relação massa-energia).

-- SergioNovaes - 29 Nov -- FlaviaDias - 29 Jan 2008 -- SandraPadula - 27 Feb 2008