International MasterClasses for High School Students 2008

Horário de Referência

Central European Time (CET)

Índice

Informações Gerais

O que é o MasterClass

MasterClass é um evento de um dia, no qual estudantes do ensino médio vão a um instituto de pesquisa participante e trabalham com mentores da física de partículas, com a finalidade de aprender sobre o Modelo Padrão, o LEP e o LHC, e analisar eventos de decaimento Z reais, de dados do LEP, determinando as taxas de decaimento de cada modo individual possível do bóson Z, com ajuda de colaboração de professores e mentores. Os resultados são, então, discutidos via videoconferência no EVO, com outros grupos de estudantes em outros institutos participantes do MasterClass.

O que faz um mentor

Um mentor deve estar pronto para fazer:

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)
Arranjo de 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:
- Sérgio F. Novaes: novaes@fnal.gov

Participação de São Paulo

Horário
Data	13/março/2008	Quinta-feira
Videoconferência	12:30 (São Paulo)	16:30 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)

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 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

Proposta Curricular do Estado de São Paulo

É importante lembrar que 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).

Agenda

Geral

De uma maneira geral, é necessário organizar nos dias de evento as seguintes atividades:

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 para os 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 pelo EVO

Como a videoconferência deve ser feita as 16h30, horário europeu, não há tempo para tudo ser feito em apenas um dia, no Brasil. Sugere-se a separação em dois dias:

12/03 - Tarde - Com as palestras e uma possível visita ao Sprace
13/03 - Exercício e videoconferência.

Alguns institutos darão aulas extras para os alunos na véspera. Seria interessante para os participantes brasileiros, mas depende da disponibilidade de tempo que terão para participar do evento.

Sugestão de Agenda

Cabe aqui uma sugestão de horários organizados.

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 dos constituintes básicos da matéria: quarks e léptons
- 6 quarks diferentes
- 3 léptons carregados e seus parceiros neutros

Como se sabe / se encontra os constituintes: colisão de partículas, aceleradores e detectores
- Exemplos: OPAL ou DELPHI

Blocos dos constituintes vem em 3 famílias com massas diferentes mas propriedades simulares
- Um dos exercícios tem como objetivo provar isso para elétron, múon e tau.

4 forças básicas, 3 delas importantes para partículas elementares

Partículas mensageiras para cada força
- Ênfase especial na partícula Z0

Cargas correspondentes para cada força
- Ênfase especial para 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 Z: 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 responsabilizadas pela transformação de outras partículas
- Conceitos de "interação" = força ou 'decaimento' ou criação
- São necessários os decaimentos tau, especialmente os neutrinos não vistos no decaimento tau
- Detalhes do decaimento tau podem ser discutidos antes do exercício

Detecção e identificação das partículas = função de suas interações (cargas) e 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 eventosos quais devem ser distribuídos entre os estudantes: Para 10 grupos de 2 estudantes: cada grupo analisa 100 eventos Para 20 grupos de 2 estudantes: cada grupo analisa 50 eventos e qualquer outra distribuição também é possível, no entanto, dados menores do que 50 eventos por grupo não são recomendados (poucos léptons).

Se as mesmas amostras de dados forem dadas a grupos diferentes, deve ser tirada a média de seus resultados antes de colcá-los na tabela do Excel local. O arquivo de Excel não requer que os grupos trabalhem por todos os seus eventos. Geralmente alguns grupos cuidadosos são muito mais lentos que outros. Assim, ou os grupos mais rápidos devem obter outro exercício voluntário ou os grupos mais lentos dão apenas os resultados de 70 ao invés de 100 eventos, por exemplo.

Note que os dados do OPAL tem um corte cos teta para suprimir o background devido ao espalhamento Bhabha e+e- com respeito ao decaimento de Z0 em e+e-. Um fator extra de correção 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, pois cobre um intervalo angular menor (Zdecay_DELPHI.xls) e é 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 em neutrinos para o Z. 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 tutor é necessário.

Na 1/2h de introdução ao exercício, o cientista deve apresentar todas as questões importantes, mas certamente não pode todas as eventualidades, como por exemplo muon aparecendo em jatos, fotons convertidos de decaimentos de pi0 para 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 algum", mas os estudantes devem estar convencidos de sua escolha.

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 não está na lista de onde deverá ser enviado, mas é provável que 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.