QuarkNet
| QuarkNet-sammanfattning (från och med september 2016) | ||
| Driftår: | 18 | |
| Stater och territorier representerade: | 30 | |
| QuarkNet-centra: | 52 | |
| Deltagande lärare: | 655 | |
| Frivilliga mentorer: | 84 | |
| Kosmiska stråldetektorer för QuarkNet: | 260 |
QuarkNet är ett långsiktigt, forskningsbaserat professionellt utvecklingsprogram för lärare i USA som finansieras gemensamt av National Science Foundation och US Department of Energy . Sedan 1999 har QuarkNet etablerat centra vid universitet och nationella laboratorier som bedriver forskning inom partikelfysik (även kallad högenergifysik) över hela USA. Mentorfysiker och fysiklärare samarbetar för att föra spjutspetsfysik till gymnasieklassrummen . QuarkNet erbjuder forskningserfarenheter för lärare och studenter, lärarworkshops och kontinuerligt uppföljningsstöd. Genom dessa aktiviteter förbättrar lärare sin kunskap och förståelse för vetenskaplig forskning och överför denna erfarenhet till sina klassrum, och engagerar eleverna i både substansen och processerna i samtida fysikforskning. Lärare kan få akademisk poäng för sitt deltagande. QuarkNet-programmen är utformade och genomförs enligt "bästa praxis" som beskrivs i National Research Council National Science Education Standards -rapport (1995) och stödjer Next Generation Science Standards (2013).
Dataläger
Sommarens Boot Camp är en fortsatt nationell aktivitet som ger lärare möjlighet att besöka Fermilab och se acceleratorerna och detektorerna själva. Lärare från befintliga QuarkNet-center deltar i Boot Camp och bildar forskargrupper för att utforska experimentella data. De tillämpar fysiken som de kan (dvs energi- och momentumbevarande) för att reda ut fysiken som kodas i data. Detta hjälper lärarna att konstruera ny kunskap om vad som har hänt inuti detektorn på exakt samma sätt som experimenterande gör. Lärare arbetar i separata grupper för att undersöka triggers som släpptes av CMS i början av 2011. Grupperna söker i data efter bevis på J/Psi-, Z- och W-bosonerna. De använde Excel för att rekonstruera den oföränderliga massan av en partikel när de gavs fyrvektorn för den partikelns sönderfallsprodukter. Dessutom deltar deltagarna vid flera föredrag och går på visningar av tekniska områden.
Kosmiska strålstudier
De viktigaste QuarkNet-studentundersökningarna som stöds på nationell nivå är studier av kosmisk strålning . QuarkNets personal har i samarbete med Fermilab-tekniker och forskningsfysiker utvecklat en myondetektor för kosmisk strålning i klassrummet som använder samma teknik som de största detektorerna vid Fermilab och CERN. För att stödja samarbete mellan skolor, samarbetar QuarkNet med Interactions in Understanding the Universe Project (I2U2) för att utveckla och stödja Cosmic Ray e-Lab. Ett e-Lab är en elevledd, lärarledd undersökning som använder experimentella data. Studenter har möjlighet att organisera och bedriva autentisk forskning och uppleva miljön för ett vetenskapligt samarbete. Deltagande skolor sätter upp en detektor någonstans på skolan. Studenter samlar in och laddar upp data till en central server som finns på Argonne National Laboratory . Elever kan komma åt data från alla detektorer i klustret och använda dessa data för studier, som att bestämma (medel)livslängden för myoner , det totala flödet av myoner i kosmiska strålar eller en studie av förlängda luftskurar .
Kamrater
Sommaren 2007 invigde QuarkNet QuarkNet Fellows-programmet för att utveckla ledarskapspotentialen för lärare som skulle arbeta med personal för att tillhandahålla professionella utvecklingsaktiviteter och stöd till centra. Tre grupper av stipendiater inom områdena kosmisk strålning, LHC och undervisning och lärande delar ansvaret för att erbjuda workshops och sessioner, utveckla workshopmaterial, stödja e-Labs och masterclasses, hålla presentationer på AAPT och mer . 2009 anslöt sig en ny grupp stipendiater till programmet. Ledarskapsstipendiater arbetar med personal för att stödja centra och samla in data om centerprestanda.
Mästarklass
År 2007 testade QuarkNet först amerikanska Masterclasses, modellerade på ett program som erbjuds av EPPOG och studerade CERN-data från Large Electron-Positron Collider-eran . Idag studerar masterclass data ALICE, ATLAS eller CMS. Masterclasses är nationella endagsevenemang där team av studenter besöker ett närliggande universitet eller forskningscentrum för att få insikt i ämnen och metoder inom partikelfysik. Under dagen elever:
- Gå på föreläsningar om standardmodellen och lär dig hur du analyserar händelser.
- Analysera 1 000 händelser från olika CERN-partikelfysikexperiment.
- Diskutera resultat med tre till sex andra studentteam i en videokonferens som modereras av fysiker vid CERN eller Fermilab.
2007 var en analys av elektron-positron-interaktioner vid DELPHI- och OPAL-detektorerna från LEP-experimenten.
2009 var en analys av simulerade proton-protonkollisioner i ATLAS- detektorn. "Dold" i data var en enda händelse som representerade den förväntade signaturen från Higgs Boson.
2010 var en återgång till LEP-data.
2011 var första året som LHC-data införlivades i masterclassen. Det fanns övningar för ATLAS (Z- och W-bosonmätningar), ALICE (för främmande partiklar) och CMS ( J/ψ meson ).
2012 införlivades utökad CMS-data (W/Z-mätning; J/psi-mätning fortfarande tillgänglig men stöds inte för internationella mästarklasser).
Sommarstudentforskningsprogram
Baserat på en modell vid University of Notre Dame, har QuarkNet erbjudit ett sommarstudentforskningsprogram sedan 2004. Vanligtvis tillbringar team av fyra gymnasieelever under handledning av en lärare sex veckor involverade i olika fysikforskningsprojekt. Vissa centra väljer att modifiera denna modell, vilket involverar fler studenter och/eller mindre tid. Forskningen är associerad med ATLAS och CMS, International Linear Collider R&D, kosmiska strålmyondetektorer, optisk fiber- FoU med mera. Lag stöds på upp till 25 centra varje sommar. Exempel på nya forskningstitlar inkluderar: Sökning och identifiering av att jämföra mängden muonhändelser med dagliga väderförändringar, kosmiska strålsignaler i radareko, fibrer för framåtkalorimeter, effekterna av föroreningar på radiosignaldetektering i is, kvartsplattans kalorimeter, galaktisk Asymmetri av Vintergatan och RF-magnetdesign, och uppskattningar av svag linsmassa för Elliot Arc Cluster.