Resumen de QuarkNet (a septiembre de 2016) | ||
Años de funcionamiento: | 18 | |
Estados y territorios representados: | 30 | |
Centros QuarkNet: | 52 | |
Profesores participantes: | 655 | |
Mentores voluntarios: | 84 | |
Detectores de rayos cósmicos para QuarkNet: | 260 |
QuarkNet [1] es un programa de desarrollo profesional docente a largo plazo basado en la investigación [2] en los Estados Unidos financiado conjuntamente por la National Science Foundation [3] y el Departamento de Energía de los Estados Unidos . [4] Desde 1999, QuarkNet ha establecido centros en universidades y laboratorios nacionales que realizan investigaciones en física de partículas (también llamada física de altas energías) en los Estados Unidos. Físicos mentores y profesores de física colaboran para llevar la física de vanguardia a la escuela secundariaaulas. QuarkNet ofrece experiencias de investigación para profesores y estudiantes, talleres para profesores y apoyo de seguimiento continuo. A través de estas actividades, los maestros mejoran su conocimiento y comprensión de la investigación científica y transfieren esta experiencia a sus aulas, involucrando a los estudiantes tanto en la sustancia como en los procesos de la investigación física contemporánea. Los maestros pueden recibir crédito académico por su participación. Los programas de QuarkNet están diseñados y llevados a cabo de acuerdo con las “mejores prácticas” descritas en el informe de Estándares Nacionales de Educación Científica del Consejo Nacional de Investigación [5] (1995) y respaldan los Estándares de Ciencias de la Próxima Generación (2013).
Metas y organización
Originalmente, QuarkNet estableció centros dirigidos por físicos que participaban en los experimentos CDF y DØ en Fermilab's Tevatron en Batavia , Illinois y los experimentos ATLAS y CMS [6] en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN en Ginebra , Suiza . Se ha expandido para incluir centros con participación en otros experimentos de física de partículas que son ampliamente representativos del campo.
Objetivos de QuarkNet | |
Los maestros de QuarkNet brindan oportunidades para que los estudiantes aumenten su competencia científica, especialmente en física de partículas. | |
Los profesores de QuarkNet crean entornos para que los estudiantes interpreten, evalúen y proporcionen explicaciones sobre los fenómenos del mundo natural. | |
Los estudiantes de los profesores de QuarkNet muestran evidencia de que comprenden cómo se desarrolla el conocimiento científico y participan en las prácticas y el discurso científicos. | |
Los profesores de QuarkNet se vuelven más profesionales. |
QuarkNet admite dos visiones en el aula:
• Los profesores utilizan ejemplos de física de partículas cuando enseñan materias como el impulso y la energía.
• Los maestros crean entornos de aprendizaje basados en la investigación científica que brindan a los estudiantes oportunidades para una participación profunda en la ciencia. Las estrategias de enseñanza emulan la forma en que los científicos construyen conocimiento a través de la indagación.
QuarkNet está organizado de manera muy similar a un experimento de física de partículas con un diseño central y una infraestructura y trabajo distribuidos entre los grupos de investigación de todo el país. Las interacciones entre físico, profesor y alumno tienen lugar principalmente en los centros locales. El programa prospera porque estos centros prosperan. Los investigadores principales actuales del programa son: Marge Bardeen ( Fermilab ), Dan Karmgard y Mitch Wayne ( Universidad de Notre Dame ) y Anna Goussiou ( Universidad de Washington ). Bardeen actúa como portavoz del programa. Un equipo de cuatro profesores de física proporciona recursos y servicios a los centros y pautas para el desempeño del centro. Además, el personal es responsable de las actividades a nivel nacional. Dirigen talleres que incluyen Data Camp y clases magistrales, desarrollan materiales de instrucción que incluyen detectores de muones de rayos cósmicos, recopilan datos para evaluación y más. Con el fin de mejorar su capacidad, el personal también trabaja con un grupo de maestros, llamados QuarkNet Fellows, que ayudan a impartir los programas de desarrollo profesional para otros maestros.
Campamento de datos
El Boot Camp de verano es una actividad nacional continua [7] que brinda a los profesores la oportunidad de visitar el Fermilab y ver los aceleradores y detectores por sí mismos. Los profesores de los centros existentes de QuarkNet asisten a Boot Camp y forman grupos de investigación para explorar datos experimentales. Aplican la física que conocen (es decir, conservación de la energía y el momento) para desentrañar la física codificada en los datos. Esto ayuda a los profesores a construir nuevos conocimientos sobre lo que ha ocurrido dentro del detector exactamente de la misma manera que lo hacen los experimentadores. Los maestros trabajan en grupos separados para investigar los desencadenantes publicados por CMS a principios de 2011. Los grupos buscan en los datos evidencia de los bosones J / Psi, Z y W. Utilizaron Excel para reconstruir la masa invariante de una partícula cuando se les dio el cuatro vector de los productos de desintegración de esa partícula. Además, los participantes asisten a varias charlas y realizan recorridos por áreas técnicas.
Estudios de rayos cósmicos
Las principales investigaciones de estudiantes de QuarkNet respaldadas a nivel nacional son los estudios de rayos cósmicos . Trabajando con técnicos de Fermilab y físicos de investigación, el personal de QuarkNet ha desarrollado un detector de muones de rayos cósmicos en el aula que utiliza las mismas tecnologías que los detectores más grandes en Fermilab y CERN. Para respaldar la colaboración entre escuelas, QuarkNet colabora con el Proyecto Interacciones para comprender el universo (I2U2) para desarrollar y respaldar el laboratorio electrónico Cosmic Ray. [8] Un e-Lab es una investigación dirigida por el profesor y dirigida por los estudiantes que utiliza datos experimentales. Los estudiantes tienen la oportunidad de organizar y realizar investigaciones auténticas y experimentar el entorno de una colaboración científica. Las escuelas participantes instalaron un detector en algún lugar de la escuela. Los estudiantes recopilan y cargan los datos en un servidor central ubicado en el Laboratorio Nacional de Argonne . Los estudiantes pueden acceder a los datos de todos los detectores en el grupo y usar estos datos para estudios, como determinar la vida útil (media) de los muones , el flujo general de muones en los rayos cósmicos o un estudio de lluvias de aire prolongadas .
Becarios
En el verano de 2007, QuarkNet inauguró el Programa de becarios de QuarkNet para desarrollar el potencial de liderazgo de los maestros que trabajarían con el personal para brindar actividades de desarrollo profesional y apoyo a los centros. Tres grupos de becarios en las áreas de estudios de rayos cósmicos, LHC y enseñanza y aprendizaje comparten responsabilidades para ofrecer talleres y sesiones, desarrollar materiales para talleres, apoyar e-Labs y clases magistrales, dar presentaciones en AAPT y más. En 2009 se incorporó al programa un nuevo grupo de becarios. Los becarios de liderazgo trabajan con el personal para respaldar los centros y recopilar datos sobre el desempeño del centro.
Clase maestra
En 2007, QuarkNet puso a prueba por primera vez las clases magistrales de EE. UU., [9] siguiendo el modelo de un programa ofrecido por EPPOG y estudiando los datos del Gran Colisionador de Electrones-Positrones -era CERN. Hoy en día, las clases magistrales estudian datos de ALICE, ATLAS o CMS. Las clases magistrales son eventos nacionales de un día en los que equipos de estudiantes visitan una universidad o un centro de investigación cercano para conocer los temas y métodos de la física de partículas. Durante el día estudiantes:
- Asista a conferencias sobre el modelo estándar y aprenda a analizar eventos.
- Analice 1000 eventos de varios experimentos de física de partículas del CERN.
- Discuta los resultados con otros tres a seis equipos de estudiantes, en una videoconferencia moderada por físicos del CERN o Fermilab.
2007 fue un análisis de las interacciones electrón-positrón en los detectores DELPHI y OPAL de los experimentos LEP.
2009 fue un análisis de colisiones protón-protón simuladas en el detector ATLAS . "Oculto" en los datos había un solo evento que representaba la firma esperada del bosón de Higgs.
2010 fue un regreso a los datos de LEP.
2011 fue el primer año en que los datos del LHC se incorporaron a la clase magistral. Se realizaron ejercicios para ATLAS (mediciones de los bosones Z y W), ALICE (para partículas extrañas) y CMS ( mesón J / ψ ).
2012 vio la incorporación de datos CMS expandidos (medición W / Z; la medición J / psi todavía está disponible pero no es compatible con las Masterclasses internacionales).
Programa de investigación para estudiantes de verano
Basado en un modelo de la Universidad de Notre Dame, QuarkNet ha ofrecido un programa de investigación para estudiantes de verano desde 2004. [10] Normalmente, equipos de cuatro estudiantes de secundaria supervisados por un maestro pasan seis semanas involucrados en varios proyectos de investigación en física. Algunos centros optan por modificar este modelo, involucrando a más estudiantes y / o menos tiempo. La investigación está asociada con ATLAS y CMS, la I + D del Colisionador Lineal Internacional , detectores de muones de rayos cósmicos, I + D de fibra óptica y más. Los equipos reciben apoyo en hasta 25 centros cada verano. Ejemplos de títulos de investigación recientes incluyen: Búsqueda e identificación de la comparación de la cantidad de eventos de muones con los cambios climáticos diarios, Señales de rayos cósmicos en el eco de radar, Fibras para calorímetro de avance, Los efectos de las impurezas en la detección de señales de radio en hielo, Calorimetría de placas de cuarzo, Galáctica Asimetría de la Vía Láctea y diseño de imanes de RF, y estimaciones de masa de lentes débiles del cúmulo de arco de Elliot.
Referencias
- ^ Sitio web de QuarkNet
- ^ "QuarkNet capacita a los maestros, involucra a los estudiantes en la investigación", Fermilab Today 1 de agosto de 2007
- ^ Resumen del premio NSF 2007
- ^ La Oficina de Ciencias del DOE celebra el 2005 Año Mundial de la Física
- ^ Estándares nacionales de educación científica
- ^ Fermilab impulsa la educación física con QuarkNet, "Fermilab Today 16 de agosto de 2006
- ^ "Una semana ocupada para QuarkNet", Fermilab Today 28 de junio de 2004
- ^ Laboratorio electrónico de rayos cósmicos
- ^ "Primera clase magistral europea amplía el alcance de los profesores", Fermilab Today 30 de marzo de 2007
- ^ http://news.fnal.gov/2004/08/spent-summer-vacation-quarknet-students-experience-real-work-fermilab-scientists/ "Cómo pasaron sus vacaciones de verano: los estudiantes de QuarkNet experimentan el trabajo real del Fermilab Científicos, "Fermilab Today 4 de agosto de 2004]
enlaces externos
- QuarkNet
- Fermilab
- CERN
- Laboratorio electrónico de rayos cósmicos
- Interacciones en la comprensión del universo