На ФАЛТ прошла игра-лекция для школьников на основе подлинных экспериментальных данных ЦЕРН

27 января в стенах ФАЛТ для школьников была проведена игра по физике элементарных частиц, организованная совместно администрацией факультета, выпускником ФАЛТ МФТИ Павлом Сергеевичем Кулешовым и выпускником физического факультета МГУ Алексеем Сергеевичем Болдыревым.

 

 

После вводной лекции школьники проводили физический анализ реальных данных, полученных в экспериментах на Большом адронном коллайдере: по диаграммам Фейнмана на карточках определяли тип распада и какая именно частица попала на детектор (значение её массы было указано на карточке). Рассматривалось три вида частиц, и для каждой частицы от карточки к карточке масса слегка варьировалась, как и происходит в настоящем эксперименте (разброс данных). Потом, обработав примерно по 10 карточек, все команды нанесли на доску результаты с учётом показаний масс: вдоль горизонтальной оси масс один над другим наклеивались стикеры, иллюстрируя распределение трёх типов частиц в виде столбчатой гистограммы – в результате получилось три гауссовых пика. Центры пиков дали точные значения масс этих частиц. Иногда школьники ошибались, но статистический результат слабо зависит от отдельных ошибок, которые можно интерпретировать как тепловой шум (флуктуации).

 

 

Целью организаторов было прежде всего вовлечение школьников из физмат-классов: ученики старшей школы - 10-11 классов - имеют достаточную для участия подготовку.  Игра заняла у участников около двух часов. Для начала решили ограничиться участниками только из двух жуковских школ, самых сильных по физ-мат профилю: 14-ой и 1-ой. Однако количество откликнувшихся на приглашение учеников оказалось больше ожидаемого: на игру пришло более 80 человек.

 

О деталях мероприятия, его основной идее и планах на будущее с организаторами беседовала студентка 5 курса Инна Сидорова.

 

Как возникла идея провести подобное мероприятие?

П.С. Кулешов:

Этим летом, в походе, мы близко познакомились с Алексеем Сергеевичем Болдыревым. Сидя у костра, рассказывали друг другу, чем занимаемся и нашли точки соприкосновения. Возник, естественно, взаимный интерес, и Алексей предложил организовать игру. К слову, непосредственно перед игрой выяснилось, что на Большом адронном коллайдере, данные с которого были использованы при подготовке материалов, находятся сверхпроводящие обмотки, сделанные на заводе ЧМЗ, на котором я проходил практику у себя на родине, в городе Глазов, когда учился в ПТУ.

 

 

Такие мероприятия для уже проводились в Европе, но не охватывали нашу страну. Мы с Алексеем решили организовать репетицию, прежде чем привести «настоящую»: сделать её для школьников, на отпечатанных материалах, без соревновательного момента и без ограничений по времени. Так что это пока пробный шаг, но, возможно, в марте мы сумеем провести игру для студентов и самых продвинутых школьников уже на компьютерах.

С организацией этой игры нам очень помогли А.В. Воеводенко (зам.декана ФАЛТ) и Екатерина Александровна Шевцова (завуч 14 школы, которая также вывела нас и на другие школы).

 

 

А.С. Болдырев:

В организации ЦЕРН существует отдел, который занимается популяризацией науки. Туда приезжают школьники и студенты и даже выполняют лабораторные работы. Политика организации, в которой я работаю – популяризировать науку. И все это обязательно на добровольной основе, то есть нет никаких платных мастер-классов или каких-то выступлений. Всё должно работать на повышение статуса науки в обществе. Идея сделать мастер-класс здесь возникла у нас совместно с Павлом Сергеевичем Кулешовым. Он сказал, что сможет собрать здесь группу школьников-старшеклассников, с которыми будет интересно – Павел Сергеевич преподаёт в 14 лицее физику.

 

 

Алексей Сергеевич, расскажите немного о себе. Чем вы занимаетесь?

Я родился в Жуковском, учился в первой гимназии, затем учился в Московском университете на физическом факультете, где окончил аспирантуру. В процессе написания диплома я работал в ЦЕРНе, где занимался физикой кварков второго поколения, b-кварков, затем на эту тему защитил диссертацию. После я увлёкся физикой бозона Хиггса, физикой топ-кварков. Сейчас я старший научный сотрудник научно-исследовательского института ядерной физики МГУ.

 

Алексей Сергеевич, почему вы, как представитель МГУ, проводите такое мероприятие именно здесь, на ФАЛТе?

По очень большой настойчивости Павла Сергеевича, который меня сюда пригласил. Он оказал неоценимую помощь при подготовке. И, конечно, эта игра не стала бы возможной без поддержки заместителя декана ФАЛТ А.В. Воеводенко и студентов– Татьяны Кузьминой и Василия Ореховского.

 

 

Упоминалось, что в материалах игры использовались реальные данные, это правда?

П.С. Кулешов:

Совершенно верно, это реальные данные прошлых экспериментов, они были подготовлены людьми, которые уже проводили такую игру. Алексею Сергеевичу разрешили воспользоваться этими материалами с учётом всех авторских прав.

 

А.С. Болдырев:

Из данных, использованных при открытии бозона Хиггса в 2012, для мероприятия были отобраны события, которые легче анализировать школьникам.

 

 

Чем работа со школьниками отличается от работы со студентами?

П.С. Кулешов:

Студенты более самостоятельный народ, плюс они могут что-то и на английском языке прочесть. Также, к ним можно предъявить требования продвинутого пользователя компьютером. Кроме того, они, конечно, глубже знают физику, и они более мотивированны.

 

А.С. Болдырев:

С одной стороны, школьники много чего не знают, но с другой стороны мне понравилась их заинтересованность, смелость в своих вопросах.

 

 

Что предполагается в игре для студентов?

П.С. Кулешов:

Для студентов предполагается, в принципе, всё то же самое, только в ограниченное время, на компьютере, а задания будут на английском языке, насколько я понял (и вот это немножко усложняет восприятие).

 

А.С. Болдырев:

Студенты также будут разделены на группы, и задачей каждой группы станет получение как можно лучшего результата. Игра для студентов, в отличие от данной, несёт ещё и соревновательный элемент. К тому же, она проходит не на карточках, а на компьютерах. Имеются специальные программы, на которых тоже можно анализировать эти данные – там несколько сложнее (больше неопределённых мест).

 

 

Не были ли эти задания слишком сложными для школьников? Справились ли они с поставленной задачей?

П.С. Кулешов:

Поскольку это были подготовленные школьники, я думаю, что нет. Потому что тут надо качественно определить по диаграммам канал распада. Другое дело, что если этим ни разу не занимался, то вот эти названия просто могут пугать (векторный бозон или мюон). От этого некоторые люди как страусы могут прятать голову в песок. А так, я думаю, это вполне доступно.

 

А.С. Болдырев:

Как видно по результатам на доске, они справились очень хорошо. Можно посмотреть в справочнике или в энциклопедии – величины масс W и Z бозонов и бозона Хиггса соответствуют тем, что школьники сами сделали на доске, то есть подтверждаются.

 

 

Что, по вашему мнению, из задуманного в ходе мероприятия удалось осуществить, а что – нет?

П.С. Кулешов:

Я бы хотел, чтобы в дальнейшем презентация была более интерактивной, чтобы возникал диалог со слушателем в процессе работы. Но тогда такое мероприятие должно быть рассчитано на меньшую аудиторию и требовать некоторого опыта от лектора. А мы подобное первый раз проводим, пока такого интерактива у нас не было – пришло немного больше участников, чем ожидалось.

 

 

А.С. Болдырев:

Я очень рад, что так много пришло школьников, так много людей заинтересовалось. Я думаю, проделана очень большая работа по привлечению ребят, этим как раз занимался Павел Сергеевич Кулешов. Вдобавок, мне очень помогали организаторы. С точки зрения оборудования все было очень хорошо. Не удалась, может быть, часть вопросов – у  меня не осталось уже просто голоса.

 

Алексей Сергеевич, что будет учтено при подготовке следующего мероприятия?

В зависимости от того, какое будет мероприятие: если оно будет для студентов, то совсем другим – с более глубокой теорией, а карточки заменит компьютерная версия игры.

 

Может, вы бы хотели что-нибудь еще рассказать или пожелать читателям?

П.С. Кулешов:

На факультете я пробовал принимать экзамены, в том числе на третьем курсе у специальности ПМИ. И, казалось бы, два с половиной года прошло, они сейчас на пике знания физики, но выясняется, что они многое забыли. Я в 11 классе рассказывал то же, что спрашивал в качестве дополнительного вопроса на ГОСе. Может быть, мне попались люди, не интересующиеся физикой, но у них были серьезные проблемы с изучением как раз вот этих тем. Да и в школе элементарные частицы сейчас традиционно проходятся плохо – в ЕГЭ они мало отражены, эта тема «провисает». Поэтому наша игра преследует цель вызвать дополнительный интерес у школьников и студентов к этим темам, чтобы они не пугались сложных формул, а на простых качественных вопросах сумели получить интуитивное представление.

 

 

А.С. Болдырев:

Мне кажется, что заниматься наукой – дело важное, хотя и непростое в нашей стране. И если есть к этому склонность, то очень-очень важно стараться себя реализовать в данном деле. Так что, если школьник или абитуриент действительно интересуется наукой, то по крайней мере ему стоит копнуть в этом направлении глубже, а там посмотреть, что будет. Мне кажется, не стоит изменять своим интересам.

Материал подготовила Мария Овсяникова

Фотографии Инны Сидоровой