prezentace - Praha - České vysoké učení technické v Praze

Projekt detekce
kosmického záření
a střední školy v ČR
Petr
Petr Beneš,
Beneš, Stanislav
Stanislav Pospíšil,
Pospíšil, Karel
Karel Smolek,
Smolek, Ivan
Ivan Štekl
Štekl
České
České vysoké
vysoké učení
učení technické
technické vv Praze
Praze
Ústav
technické
a
experimentální
Ústav technické a experimentální fyziky
fyziky
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 2
128 00
Tel.: 22435 9290
http://www.utef.cvut.cz
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% alfa částice
• 1% těžší jádra (až do uranu)
• 1% elektrony a pozitrony
• nepatrně fotonů
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.
Záhady kosmického záření
Velikost toku primárních částic k.z.
• E > 1016 eV několik částic na m2 za rok
• E > 1019 eV jedna částice na km2 za rok
• E > 1020 eV jedna částice na km2 za století
GZK (Greisen-Zatsepin-Kuzmin) cutoff
• Ultraenergetické částice k.z. interagují
s reliktními fotony a ztrácejí tak energii.
• Pro protony GZK cutoff: 6·1019 eV
=> proton s větší energií nemohl vzniknout
dále než 150 Mly
• Největší zaznamenaná energie částice kosmického záření – 3.2·1020 eV (Fly’s
Eye, Utah, 1991) – 200 miliard částic ve spršce sekundárních částic.
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.
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 > 1014 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.
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).
Local coincidence rate
• 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.
Atmospheric pressure
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)
Další podobné projekty
•
•
•
•
•
LAAS – Japonsko (univerzity)
SEASA – Stockholm, Švédsko
Sky-View – Německo
HiSparc – Nizozemí
Cosmic Schools – Velká Británie
LAAS
HiSparc
Sky-View
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
ÚTEF ČVUT, Praha
SU, Opava
• 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:
¾ Gymnázium Pardubice (V. Vícha)
• V roce 2006 plánujeme nainstalovat stanici na:
¾ Gymnázium Kladno (H. Němcová, M. Liebzeit)
¾ Mendelovo gymnázium v Opavě (P. Pavlíček)
• Podán projekt Evropské unie JPD3 pro region Praha pro roky 2006-7,
partneři:
¾ Gymnázium Voděradská (M. Procházková)
¾ Gymnázium Jana Nerudy (J. Dušek, J. Kekule)
¾ Gymnázium Jana Keplera (M. Lahodová)
¾ 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!
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!