Projekt detekce kosmického záření a střední školy v ČR

Transkript

1 Projekt detekce kosmického záření a střední školy v ČR Petr Beneš, Stanislav Pospíšil, Karel Smolek, Ivan Štekl České vysoké učení technické v Praze Ústav technické a experimentální fyziky

2 Kdo jsme Ústav technické a experimentální fyziky ČVUT v Praze Ústav vznikl v roce 2002 jako vědecko-pedagogické pracoviště ČVUT v Praze. Zaměření činnosti: výzkum a výuka v oboru fyziky mikrosvěta a aplikace experimentálních metod osvojených v této oblasti výzkumu. Široká spolupráce s mnoha zahraničními univerzitami a výzkumnými ústavy. Výzkumná činnost: experiment ATLAS na LHC v CERN, částicová fyzika, astrofyzika, podzemní experimenty (neutrinová fyzika, detekce temné hmoty ve vesmíru), studium vlastností atomových jader, vývoj polovodičových detektorů a jejich aplikace. Zkušenosti s vedením nadaných studentů ze středních škol (SOČ), s pořádáním popularizačních přednášek. Kolektiv mladých vědeckých pracovníků (~20, velká část mladší 30 let). Kontakt: Horská 3a/22 Praha Tel.:

3 Co je to kosmické záření Problém spontánního vybíjení dobře izolovaného elektroskopu. Vybíjení nastává i vysoko nad Zemí nezpůsobuje ho tedy radioaktivita ze Země, ale ionizující částice z kosmu (Viktor Hess, 1912). Složení primárního kosmického záření: 90% protony 7% alfačástice 1% těžší jádra (až do uranu) 1% elektrony a pozitrony nepatrně fotonů

4 Spršky sekundárního kosmického záření Po interakci vysokoenergetické primární částice kosmického záření s atmosférou jsou vyprodukovány miliardy sekundárních částic. Na Zemi je možno detekovat spršku o průměru až několik kilometrů.

5 Záhady kosmického záření Velikost toku primárních částic k.z. E> ev několik částic na m 2 za rok E > ev jedna částice na km 2 za rok E > ev jedna částice na km 2 za století GZK (Greisen-Zatsepin-Kuzmin) cutoff Ultraenergetické částice k.z. interagují s reliktními fotony a ztrácejí tak energii. Pro protony GZK cutoff: ev => proton s větší energií nemohl vzniknout dále než 150 Mly Největší zaznamenaná energie částice kosmického záření ev (Fly s Eye, Utah, 1991) 200 miliard částic ve spršce sekundárních částic.

6 Původ vysokoenergetických částic kosmického záření Původ neznámý, mnoho teorií: Srážky masivních černých děr, neutronových hvězd. Supermasivní částice zbylé po Velkém třesku. Reliktní mikro-černé díry. Topologické defekty kosmické struny, monopóly. Ultraenergetická neutrina vzniklá ve vzdálených kvasarech. Něco, o čem nemáme ani tušení.

7 Projekt CZELTA CZEch Large-area Time coincidence Array Astrofyzikální projekt řešený ve spolupráci s univerzitou v Albertě. Cílem je v ČR vybudovat globální síť pozemních stanic detekujících spršky vysokoenergetického kosmického záření. Tato síť bude součástí podobné sítě budované v Severní Americe (projekt ALTA/NALTA) a v západní Evropě. Tři scintilátory s fotonásobiči ve vzájemné vzdálenosti ~ 10 m, které pracují v koincidenci => detekce spršek s energií > ev. Stanice využívá družicový systém GPS k přesnému časování detekovaných událostí a je připojena přes Internet do mezinárodní sítě => lze zkoumat prostorové a časové korelace.

8 Pedagogický dopad projektu Podobně jako v cizině chceme stanice umísťovat na střechy vybraných středních škol. Studenti budou mít možnost se aktivně podílet na projektu (analýza dat, kontrola činnosti stanice, ). Studenti se formou námi pořádaných seminářů seznámí s aktuálními problémy řešenými v oblasti částicové fyziky, astrofyziky, Seznámí se se základy detekční techniky, matematických metod a informačních technologií používaných při zpracování dat (C++, ROOT, ). Chceme pořádat studentská setkání (i mezinárodní) => studenti si zlepší schopnost komunikace a prezentace (též v cizím jazyce). Zapojením do skutečného projektu řešícího fundamentální problémy současné fyziky se pro studenty zatraktivní oblast přírodních a technických věd. Z interakce VŠ SŠ budou profitovat i pedagogové. Local coincidence rate Atmospheric pressure

9 Podobné projekty v Americe ALTA Alberta, Kanada (~20) SALTA Snowmass, USA WALTA Washington, USA CHICOS Kalifornie, USA (~70) CROP Nebraska, USA (~30) NALTA (North America Large area Time coincidence Arrays)

10 Další podobné projekty LAAS Japonsko (univerzity) SEASA Stockholm, Švédsko Sky-View Německo HiSparc Nizozemí Cosmic Schools Velká Británie LAAS HiSparc Sky-View

11 Současný stav projektu CZELTA v ČR První stanice nainstalována v ÚTEF ČVUT (detektory i elektronika dodána Univerzitou v Albertě) základ budoucího pražského a středočeského clusteru stanic. Druhá stanice nainstalována na Přírodovědecké fakultě Slezské univerzity v Opavě náš partner pro rozšiřování stanic v oblasti kolem Opavy. ÚTEF ČVUT, Praha

12

13 ÚTEF ČVUT, Praha SU, Opava

14 Navázána spolupráce s SÚJV Dubna (Rusko) výroba scintilátorů. Zkoumáme možnost výroby elektronické části stanice v ČR (ERA a.s.?). Do konce roku 2005 bude nainstalována další stanice: Gymnázium Pardubice (V. Vícha) V roce 2006 plánujeme nainstalovat stanici na: Gymnázium Kladno (H. Němcová, M. Liebzeit) Mendelovo gymnázium v Opavě (P. Pavlíček) Podán projekt Evropské unie JPD3 pro region Praha pro roky , partneři: Gymnázium Voděradská (M. Procházková) Gymnázium Jana Nerudy (J. Dušek, J. Kekule) Gymnázium Jana Keplera (M. Lahodová) Gymnázium Buďánka (V. Řešátko, Z. Drozd MFF UK) Letos na podzim bude podán projekt Evropské unie OPRLZ pro ostatní regiony ČR (mimo Prahu). Bude podán projekt MŠMT SIPVZ (Státní politika ve vzdělávání): 3 roky, 4 stanice každý rok. V současné době hledáme další partnery, kteří by se chtěli zapojit do projektu CZELTA!

15 Závěr S pomocí zahraničních partnerů se v současné době Česká republika zapojila do zajímavého projektu, který má vedle vědeckého též značný pedagogický potenciál. Projekt CZELTA přispěje ke zkvalitnění a zatraktivnění výuky fyziky, matematiky a informatiky na středních školách. Spolupráce středních a vysokých škol v rámci tohoto projektu přispěje též k celoživotnímu vzdělávání středoškolských pedagogů. Budeme rádi, pokud budete mít zájem s námi spolupracovat v rámci projektu CZELTA!