ฉันเขียนบล็อกนี้จากหัวใจของอาร์เจนตินา หลังจากเดินทางมาราธอน 30 ชั่วโมงจากบ้านของฉันในบริสตอล สหราชอาณาจักร เป็นการเดินทางที่มีเครื่องบิน 2 ลำ รถเมล์ 2-3 คัน แท็กซี่ 2-3 คัน และเดินไกลหลายครั้ง แต่ในที่สุดฉันก็มาถึงกอร์โดบา เมืองใหญ่อันดับ สองของอาร์เจนตินา เพื่อเข้าร่วมการประชุมนานาชาติด้านการศึกษาฟิสิกส์ (ICPE) ในปีนี้ การประชุมเป็นการรวบรวมผู้คนเพื่อหารือ
เกี่ยวกับ
การพัฒนาล่าสุดด้านการศึกษา รวมถึงอาจารย์ ครู ผู้ฝึกสอน นักศึกษา และนักวิจัยทางการศึกษา เป็นงานที่มีมุมมองระดับโลก พร้อมด้วยการประชุมผ่านดาวเทียม ซึ่งครูโรงเรียนมัธยมในท้องถิ่นจะพูดคุยประเด็นต่างๆ โดยมุ่งเน้นที่ประสบการณ์ในแต่ละวันของพวกเขา ในช่วงการลงทะเบียน สิ่งต่าง ๆ
ได้รับการต้อนรับจากชาวอาร์เจนตินาเมื่อเราได้รับการปฏิบัติจากนักดนตรีท้องถิ่นบางคน ความสนใจเป็นพิเศษของฉันคือการค้นหาว่าเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร (ICT) สามารถช่วยยกระดับมาตรฐานการศึกษาในประเทศได้อย่างไร รายงานล่าสุด 2 ฉบับที่จัดทำขึ้นซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการศึกษา
ของยูเนสโกเกี่ยวกับการเรียนรู้ผ่านมือถือได้ระบุถึงโครงการริเริ่มต่างๆ ในภูมิภาคที่มีศักยภาพในการปรับปรุงการเข้าถึง ความเสมอภาค และคุณภาพ โดยธรรมชาติแล้ว ฉันจะสนใจเป็นพิเศษที่จะค้นหาว่าความคิดริเริ่มดังกล่าวนำไปใช้กับการศึกษาฟิสิกส์ได้อย่างไร โดยหลักการแล้ว การใช้นี้
สามารถช่วยนักเรียนและนักการศึกษาในประเทศต่างๆ เช่น อาร์เจนตินา เชื่อมต่อกับฟิสิกส์ล้ำสมัยและสิ่งอำนวยความสะดวกชั้นนำระดับโลกเพื่อสร้างแรงบันดาลใจให้กับนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่ จับตาดูบล็อกนี้ในสัปดาห์หน้าเพื่อดูว่าฉันค้นพบอะไร ตอนนี้ฉันจะไปพักผ่อน!
ด้วยเหตุนี้ เครื่องตรวจจับ ATLAS ขนาดใหญ่ซึ่งมีน้ำหนักประมาณ 7,000 ตันและวัดความยาวได้มากกว่า 26 เมตรและเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 เมตร ประกอบด้วยเครื่องตรวจจับย่อยจำนวนหนึ่ง ซึ่งออกแบบมาเพื่อระบุและตรวจวัดอนุภาคประเภทต่างๆ ระบบย่อยหลัก 3 ระบบ จัดเรียงเป็นชั้นทรง
กระบอก
รอบท่อสุญญากาศที่บรรทุกลำโปรตอน: ตัวตรวจจับภายในใช้สำหรับวัดรอยเลื่อนของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า เครื่องวัดความร้อนวัดพลังงานของอนุภาค และระบบย่อยชั้นนอกสุดใช้ในการตรวจหามิวออน ช่องสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์หลายล้านช่องจะอ่านข้อมูลดิบจากระบบตรวจจับ
ซึ่งเป็นขั้นตอนแรกในวงจรที่ช่วยให้นักฟิสิกส์อนุมานได้ว่าเกิดอะไรขึ้นในการชนกัน และหวังว่าจะสามารถระบุกระบวนการทางกายภาพใหม่ได้ การจัดเก็บข้อมูลทั้งหมดที่อ่านได้จากการชนกันนับพันล้านครั้งทุกๆ วินาทีนั้นเป็นไปไม่ได้ ดังนั้นตัวตรวจจับจะถูกตั้งโปรแกรมให้เลือกเฉพาะเหตุการณ์ที่น่าสนใจ
ที่สุดเท่านั้น ระบบ “ทริกเกอร์” อิเล็กทรอนิกส์โดยเฉพาะจะตรวจสอบข้อมูลเพื่อหาการสะสมพลังงานสูงหรือรูปแบบที่น่าสนใจของอนุภาค โดยยอมรับเพียง 0.25% ของเหตุการณ์ ฟาร์มของคอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังจะถูกใช้เพื่อประมวลผลเหตุการณ์ที่ยังมีชีวิตต่อไป โดยลดจำนวนที่ส่งไปยังนักฟิสิกส์
ที่รอการวิเคราะห์ให้เหลือ 100 เหตุการณ์ต่อวินาทีที่สามารถจัดการได้ แม้จะผ่านการกรองครั้งใหญ่นี้ ข้อมูลมากกว่าเพตะไบต์ (10 15 ไบต์ หรือหนึ่งล้านแผ่นซีดี) จะถูกบันทึกในแต่ละปี นักฟิสิกส์ทีมเล็กๆ จะทำงานร่วมกันในหัวข้อที่เลือก โดยพยายามเลือกเหตุการณ์ “สัญญาณ” ที่น่าสนใจ เช่น การสลายตัว
ของฮิกส์ ในขณะที่ลบเหตุการณ์ “เบื้องหลัง” ที่มาจากกระบวนการแบบจำลองมาตรฐานที่รู้จัก ในการทำเช่นนี้ เราจำเป็นต้องเข้าใจว่าเครื่องตรวจจับควรเห็นอะไรจากแบบจำลองมาตรฐานเพียงอย่างเดียว และสิ่งที่เป็น “ลายเซ็น” ที่โดดเด่นของอนุภาคใหม่ สิ่งนี้ทำได้โดยใช้ “การจำลองแบบมอนติคาร์โล”:
โปรแกรม
คอมพิวเตอร์ที่สร้างเหตุการณ์สุ่มหลายล้านเหตุการณ์ที่เป็นไปตามสมการทางทฤษฎีพื้นฐาน เริ่มต้นจากการชนกันอย่างหนักและจำลองเส้นทางและการสลายตัวของอนุภาคทั้งหมดที่สร้างขึ้นโดยมัน
การจำลองเหล่านี้ยังรวมถึงแบบจำลองเสมือนจริงของเครื่องตรวจจับ ซึ่งเลียนแบบการตอบสนอง
ขององค์ประกอบเครื่องตรวจจับแต่ละชิ้นเมื่ออนุภาคเคลื่อนผ่าน ข้อมูลจำลองจากเครื่องตรวจจับเสมือนนี้จะถูกป้อนเข้าสู่โปรแกรมสร้างใหม่แบบเดียวกับที่นักฟิสิกส์จะใช้เพื่อตรวจสอบข้อมูลจริง ทำให้พวกเขาสามารถเปรียบเทียบข้อมูลจริงโดยตรงกับการคาดการณ์ของสถานการณ์ทางทฤษฎีต่างๆ
การศึกษามอนติคาร์โลดังกล่าวดำเนินการมาตั้งแต่ปี 1984 เมื่อคดีนี้ถูกสร้างขึ้นเป็นครั้งแรกเพื่อให้ทุนแก่ และปัจจุบันฐานข้อมูล ATLAS มีการจำลองสถานการณ์ต่างๆ กว่า 600 สถานการณ์ ตามล่าฮิกส์การค้นหาหรือกำจัดฮิกส์โบซอนมีความสำคัญมากสำหรับ LHC ซึ่งเครื่องตรวจจับ ได้รับการออกแบบมา
โดยเฉพาะโดยคำนึงถึงการค้นหาฮิกส์ ปัจจัยสำคัญประการแรกที่ต้องพิจารณาคือความถี่ในการผลิตฮิกส์โบซอนตั้งแต่แรก โดยพิจารณาจากการคูณ “ภาคตัดขวางการผลิต” ของฮิกส์และ “ความส่องสว่าง” ของลำแสง LHC ภาพตัดขวางบอกเราว่าควาร์กสองตัวที่ชนกันมีโอกาสสร้างฮิกส์โบซอนได้มากน้อยเพียงใด
ในขณะที่ความส่องสว่างบอกเราว่ามีโปรตอนกี่ตัวในลำแสง LHC และโฟกัสแน่นแค่ไหน เมื่อใช้การออกแบบความส่องสว่างของ LHC และมวลฮิกส์ 250 GeV เราคาดว่าจะสร้างเหตุการณ์ที่มีฮิกส์โบซอนได้ประมาณ 10 เหตุการณ์ทุกนาที นี่เป็นการเริ่มต้นที่ดี โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเครื่องตรวจจับได้รับ
การออกแบบมาให้ใช้งานได้นานถึง 10 ปี แต่การสร้างฮิกส์โบซอนตั้งแต่แรกนั้นไร้ประโยชน์ เว้นแต่ว่าเราจะสามารถพิสูจน์การมีอยู่ของมันได้โดยการวัดผลของการสลายตัวของมันในเครื่องตรวจจับ ฮิกส์โบซอนสามารถสลายตัวได้หลายวิธี โดยความน่าจะเป็นของการสลายตัวบางประเภทขึ้นอยู่กับมวลของฮิกส์ที่ยังไม่ทราบ จากการทดลองก่อนหน้านี้ เรารู้ว่ามวลฮิกส์ต้องสูงกว่า 114 GeV/c 2
