9 marca 2017 r. odbyły się w naszej szkole Międzynarodowe Warsztaty Fizyki Cząstek Elementarnych. W tej cyklicznej imprezie udział wzięli uczniowie naszej szkoły, jak również I i V LO w Tarnowie, ZSO1 w Tarnowie, I LO w Nowym Sączu, I LO w Rzeszowie oraz I i II LO w Dębicy.
Warsztaty rozpoczęły cyklem wykładów, prowadzonych przez doktorantów Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie, pod przewodnictwem dr. hab. Krzysztofa Woźniaka.
Fizyka cząstek elementarnych zajmuje się najbardziej podstawowymi składnikami materii i oddziaływaniami między nimi. Badania w tej dziedzinie prowadzone są przy użyciu akceleratorów pozwalających przyspieszać i zderzać cząstki naładowane. Największy z akceleratorów na świecie – Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) w CERN od końca 2009 r. dokonuje pomiarów przy najwyższej energii dostępnej w laboratorium. W lipcu 2012 r. eksperymenty ATLAS i CMS ogłosiły odkrycie nowej cząstki, bozonu Higgs’a, będącego kluczowym elementem dotąd brakującym w Modelu Standardowym oddziaływań między cząstkami. Istnienie bozonu Higgsa było postulowane w teoriach wyjaśniających niezerową masę innych cząstek. Eksperymenty na LHC dostarczyły więc potwierdzenia tych teorii, dzięki czemu ich twórcy, François Englert i Peter W. Higgs, otrzymali Nagrodę Nobla w 2013 r.
W części praktycznej zajęć, przy wykorzystaniu specjalistycznych programów komputerowych (jakimi posługują się naukowcy w CERN), uczniowie poszukiwali bozonów Z oraz cząstki Higgsa (H). Polegało to na przeglądaniu zarejestrowanych przez eksperyment ATLAS zderzeń protonów i wyszukiwaniu cząstek, na jakie poszukiwane Z i H rozpadają się (rysunek 1). Uczniowie w dwuosobowych zespołach analizowali po 50 przypadków, znajdując razem ponad 1000 interesujących zderzeń. Na podstawie parametrów znalezionych cząstek wyliczali masę Z i H. Wyniki przedstawiane były na wykresach, zwanych histogramami, na których bozony Z i H powinny być widoczne jako wyraźne maksima. Takie maksimum było zaobserwowane dla bozonu Z, o masie 91 GeV. Oprócz niego występowały niższe maksima odpowiadające innym cząstkom podobnie rozpadającym się (rysunek 2). Dużo trudniejsze okazało się odnalezienie cząstki Higgsa, gdyż w badanych zderzeniach znacznie częściej od niej pojawiają się przypadkowo cząstki pochodzące z jakichś innych źródeł niż rozpad cząstki Higgsa. Takie same trudności napotkali fizycy pracujący w CERN. Dla znalezienia kilkudziesięciu cząstek Higgsa musieli za pomocą specjalnych programów komputerowych przeanalizować miliony przypadków zderzeń.
Na zakończenie odbyła się wideokonferencja, w której udział wzięli uczestnicy warsztatów, naukowcy CERN oraz uczniowie innych krajów. Podczas konferencji uczniowie analizowali, porównywali wyniki i wnioski z badań oraz dzielili się wrażeniami z pracy nad klasyfikacją danych pomiarowych, a naukowcy z CERN udzielali odpowiedzi na pytania uczniów i skomentowali efekty ich pracy.
Szkolnymi organizatorami warsztatów byli: mgr Magdalena Englart, mgr Barbara Szczęś i mgr inż. Piotr Poradzisz.
Rysunek 1 : Widok śladów cząstek w detektorze ATLAS w przykładowym przypadku z kandydatem na rozpad cząstki Higgsa.
Rysunek 2: Histogram masy cząstek, na którym widoczne jest maksimum odpowiadające bozonowi Z.
