Tampereen seudun lukiolaisten tiedeleiri Cernissä lukuvuonna

Transkriptio

1 Tampereen seudun lukiolaisten tiedeleiri Cernissä lukuvuonna Hatanpään lukion fysiikan opettaja Heikki Tanskanen kutsui koululleen koolle Tampereen seudun lukioiden fysiikan opettajia keväällä 2007 suunnittelemaan tiedeleirin toteutusta. Hankkeen vastuuopettajaksi pyydettiin Juhani Mustakangas Kaarilan lukiosta Tampereelta. Vastuuopettajan kiireellisimmäksi tehtäväksi tuli ennen kesälomia selvittää tiedeleirin ajankohta. Cernissä toimivan Riitta Rinta Filppulan johdolla ajankohdaksi päätettiin Kesäloman jälkeen elokuussa pyydettiin lukioiden fysiikan opettajia tiedottamaan opiskelijoilleen hankkeesta, joka on tarkoitettu 2. vuosikurssin lukiolaisille, ja antamaan ohjeita leirille hakemisesta. Fysiikan opettajat kokoontuivat syyskuun loppupuolella Sammon keskuslukiolla Tampereella valitsemaan tiedeleirille todistusten ja hakemusten perusteella yhteensä 20 lukiolaista kaikkiaan 11:sta lukiosta. Samalla varmistui, että toiseksi opettajaksi leirille lähtee Heikki Haimi Hervannan lukiosta Tampereelta. Samassa kokouksessa valituista opiskelijoista muodostettiin 4 lukiolaisen pienryhmiä ennakko opiskelua varten. Ryhmäytymisen vuoksi pienryhmäläiset valittiin eri lukioista. Arvioitiin, että osan kustannuksista opiskelijat maksavat itse ja osan saavat sponsorointiapuna eri tahoilta sen lisäksi, että opetushallituksen tiedettiin maksavan kustannuksista opiskelijalle 100. Nyt jälkeenpäin voimme todeta, että täsmälleen näin kävikin. Ennakko opiskelua varten annettiin kullekin pienryhmälle tietty aihe, esim. antimateria, josta ryhmä MOODLE oppimisympäristöä hyödyntäen valmisti (yleensä POWER point )esityksen ja vuorollaan esitti sen koko ryhmälle. Koko ryhmä kokoontui iltaisin Kaarilan lukiolle seuraamaan esityksiä ja saamaan ajankohtaista informaatiota kaikkiaan kuutena iltana muutaman viikon välein; viimeisin kokoontuminen oli tammikuussa 2008 vähän ennen tiedeleirille lähtöä. Tämän lisäksi ryhmä opettajiensa kera kuunteli Tampereen Teknillisellä Yliopistolla Risto Mikkosen luennon suprajohtavuudesta sekä tutustui suprajohdelaboratorioon ja siellä esitettyihin demonstraatioihin. Meidän mukana olleiden opettajien mielestä hanke kokonaisuudessaan onnistui aivan erinomaisesti. Opiskelijat ennakko opiskelun vuoksi ja varmasti muutenkin olivat hyvin motivoituneita ja pystyivät omaksumaan luennoilla esitettyä tietoa, joka vaikeustasoltaan oli tälle ryhmälle oikein sopivaa. Ohessa raportti, jonka opiskelijat ovat tehneet ryhmätyönä. Tampereella, huhtikuussa 2008 Juhani Mustakangas Heikki Haimi

2 kuvat: Heidi Tuorila MATKARAPORTTI Lukiolaisten Tiedeopiskelu CERNissä oppilaan ryhmä 11 lukiosta Tampereelta ja lähikunnista vieraili kahden opettajan kanssa Genevessä, CERNin hiukkastutkimuskeskuksessa kolmen päivän ajan Sunnuntai lähtö ja ensimmäinen päivä Koko 20 hengen sekä kahden opettajan ryhmä kahta lukuun ottamatta kömpivät pedeistään viideksi Tampereen linja autoasemalle hyytävänä tammikuisena aamuna. Bussi lähti ajallaan raukean tunnelman vallitessa määränpäänään Helsinki Vantaan lentokenttä. Matka sujui ongelmitta ja ryhmämme oli täysilukuisena passintarkastusjonossa. Sen jälkeen seurasi odottelu ennen koneeseen pääsyä. Ollessamme jo bussissa, jonka piti viedä meidät lentokoneen luo, saimme käskyn palata sisätiloihin lämmittelemään, 20 minuutin odottelemisen jälkeen, koneessa havaitun vian korjaamisen ajaksi. ( Ryhmämme suhtautui tyynesti asiaan, mutta kaikki matkustajat eivät olleet yhtä ymmärtäväisiä ) Hetkisen odottelun jälkeen pääsimme toteuttamaan bussimatkamme lentokoneen luo. Lentomme AY 0867 lähti parisenkymmentä minuuttia myöhässä, mutta myötätuulen ansiosta olimme aikataulussa (turbulenssista huolimatta). Lentokoneessa tarjoillun maukkaan ruisleivän ja vatsaystävällisen puolukkajogurtin (teellä tai kahvilla höystettynä) voimalla jaksoimme aloittaa tien etsimisen CERNiä kohti. Muutaman pienoisen mutkan ja jokusen keskustelun jälkeen löysimme itsemme oikealta pysäkiltä.

3 Saavuttuamme CERNiin jätimme pienen mutkan kautta matkalaukkumme hostellista varattuihin huoneisiin ja kävimme nopealla lounaalla. Iltapäivän ohjelmaan kuului vierailu Kansainvälisen Punaisen Ristin museoon. Bussimatkalla tapahtuneen väärinkäsityksen takia saavuimme kuitenkin myöhässä museolle ja vierailun ja opastuksen pituus supistuivat valitettavan paljon. Museo oli kuitenkin mielenkiintoinen ja tarjosi varmasti monille mielenkiintoista ja uutta tietoa Punaisesta Rististä ja sen toiminnasta. Museovierailun jälkeen loppuilta oli vapaa aikaa ja ryhmä jakaantui omille teilleen. Suurin osa suuntasi kuitenkin Geneven keskustaan jalkaisin tutustumaan kaupunkiin ja katselemaan mahdollisia nähtävyyksiä. CERNiin paluun jälkeen meitä odotti ohjeistus seuraavan päivän ohjelmasta. Punaisen Ristin museo kuva: Mari Kuosmanen Maanantai toinen päivä Yö Cernin hostellissa oli sinänsä mukava mutta uni keskeytyi useasti. Sänky oli varsin mukava ja luultavasti kaikille riittävä. Aamutoimet ja aamukävelyt suoritettiin kunkin maun mukaisesti ennen aamupalaa. Aamupalan sai ostettua kahviosta varsin huokeaan hintaan riippuen tietenkin hieman valinnoista. Päivän ohjelma alkoi Riitta Rinta Filppulan aamunavauksella. Seurasi kerrontaa suomalaisista Cernissä ja muuta aiheeseen liittyvää, kun meidät tutustutettiin tarkemmin tulevien päivien antiin. Seuraavaksi CERNissä työskentelevä Martti Pimiä esitelmöi meille maailmankaikkeuden perussubstanssin etsimisen historiasta, ja Cernistä ja aineen rakenteesta yleensä. Pimiä puhui myös luovuuden tarpeesta sekä hyvistä ja vähemmän hyvistä algoritmeista tässä työssä. Huippuluennoitsija.

4 Pimiän luennon jälkeen tutustuimme päärakennuksessa olevaan esittelyyn sekä valmistauduimme Microcosmos näyttelyyn samalla kun pidimme välissä ruokatauon. Microcosmos näyttelyllä ei ollut nimestään huolimatta mitään tekemistä Wittgensteinin filosofian kanssa. Microcosmoksessa tutustuimme ryhmittäin erilaisiin aihealueisiin ja jaoimme tietomme sitten muille. Aihealueet käsittelivät muun muassa kvarkkeja, hiukkastutkimuslaitteita, bosoneita ja erilaisia kokeita aiheeseen liittyen. Microcosmos oli sinällään mielenkiintoinen, mutta hieman museomainen. Luennot olisivat olleet monen mielestä fiksumpaa ajankäyttöä, mutta mene ja tiedä. Microcosmos: Demonstraatio kiihdytin putkesta Plasmapallo kuvat: Heidi Tuorila Microcosmoksen jälkeen ajoimme bussilla CMS koeasemalle Ranskan puolelle. Mukaamme lähti myös Aleksi Vuorinen, joka myöhemmin saavutti varsin suuren suosion ja hyväksynnän ryhmän keskuudessa. Ensisilmäyksellä hän vaikutti suhteellisen fiksulta, mutta paljastui lopulta peräti neroksi. Nuorena miehenä hän jaksoi viettää aikaa porukan mukana toisinaan luentojen ulkopuolellakin ja antaa menovinkkejä ja vastata niin teoreettisiin kuin käytännöllisiinkin kysymyksiin. CMS koeasema oli jotakin, jota me olimme kaikki jo kauan odottaneet, olihan se sentään yksi matkan pääsyistä. Odotukset täyttyivät, sillä CMS:llä kuulimme Jaakko Härkösen selostuksen asian tiimoilta. Myös Härkösen esittely keräsi kiittäviä kommentteja ryhmäläisten joukosta. Hän kertoi hiukkasilmaisimien toiminnasta ja Higgsin etsimisestä sanoin ja posterein. CMS koeasema oli ensimmäinen hiukkastutkimukseen liittynyt ekskursiokohteemme, ja siksikin erittäin mielenkiintoinen. Itse putkessa pääsimme näkemään osan laitteistoa käytännössä, ja kaikessa massiivisuudessaan se olikin erittäin näyttävä. Illalla ryhmä jakautui jälleen: osa lähti Ranskaan ostoskeskukseen, jonka Juhani Mustakangas oli heille osoittanut, osa puolestaan suuntasi jälleen Geneven keskustaan ja jatkoi kaupunkiin tutustumista. Ranskan puolella vieroilijoilla illan mieleenpainuvin tapahtuma lienee ollut muuan paikallinen, joka herätti heidän keskuudessaan varsin suurta hilpeyttä. Ja jälleen päivän päätteeksi kokoonnuimme illalla kuulemaan kuluneen ja seuraavan päivän merkillepantavat kohdat.

5 CMS: hiukkasilmaisimen osa kuva: Henri Eloranta Tiistai kolmas päivä Päivä alkoi kokoontumisella hieman ennen yhdeksää hostellin ala aulassa, josta siirryimme kuuntelemaan Katri Lassila Perinin luentoa hiukkaskiihdyttimistä ja ilmaisimista. CERNissä tutkimuksissa tarvittavat hiukkaset, yleensä protonit kiihdytetään lähelle valon nopeutta, jonka jälkeen ne törmäytetään toisiinsa ja törmäyksessä syntyneet hiukkaset pyritään havaitsemaan hiukkasilmaisimella. Meille esiteltiin kiihdyttimeen tarvittavia osia, joita pitkän tyhjiöputken lisäksi ovat suprajohteet ja magneetit, jäähdytysjärjestelmä, käsittämättömän paljon johtoa ja sitäkin enemmän energiaa. Hiukkasilmaisimista esiteltiin erilaisia osia, joita tarvitaan eri hiukkasten havaitsemiseen esimerkkinä pii ilmaisimet, joita suomalaiset tutkijat ovat olleet valmistamassa ja joilla pyritään havaitsemaan törmäyksessä syntyneiden hiukkasten radat. Lounaan jälkeen klo Aleksi Vuorinen piti Lotta Metherin kanssa meille luennon aineen rakennetta kuvaavasta standardimallista ja kosmologiasta. Standardimalli on teoria, joka selittää aineen koostuvan kvarkeista ja leptoneista, joita pitävät yhdessä välittäjä hiukkaset. Kvarkkeja on kuusi, joista kaksi muodostavat protoneita ja neutroneita. Leptoneihin kuuluvat muun muassa elektronit. Todella kiinnostavan luennon aikana käsittelimme myös niin kutsuttua säieteoriaa, joka kuuluu Metherin erikoisalaan ja saimme sekä Vuoriselta että Metheriltä vastauksia kysymyksiimme. Virallisen ohjelman viimeinen kohta oli vierailu ATLAS koeasemalla. ATLAS on yksi neljästä hiukkasilmaisimesta, joista muut ovat CMS, ALICE ja LHCb. Kuten CMS, myös ATLAS sijaitsee noin sadan metrin syvyydessä maan alla. Jakauduimme kahteen ryhmään, joista toinen tutustui Atlakseen insinööri Mark Hatchin ja toinen niin ikään insinööri Miikka Kotamäen johdolla. Paikan päällä saimme huomata selvästi, että kuvat ilmaisimesta eivät todellakaan välittäneet koko totuutta,

6 vaan että ne osat, joita pääsimme katsomaan, olivat valtavia. Voi siis sanoa, että vierailut kummallakin koeasemalla olivat hyvin mieleenpainuvia ja ainutlaatuisia kokemuksia. Palattuamme maan pinnalle noin neljän maissa alkoi vapaa aika. Osa ryhmästä lähti kohti keskustaa tavoitteenaan päästä katselemaan näköaloja läheiseltä vuorelta, mutta paikan päällä selvisi, että huipulle vievä hissi ei ollut lainkaan käytössä tähän vuoden aikaan. Niinpä loppu ilta vietettiin keskustassa ennen CERNiin palaamista. Viimeinen tapaaminen illalla sujui jo lähestulkoon tutuissa merkeissä koosteineen. kuvat: Heidi Tuorila ATLAS: koeaseman osa Yllä: Insinöörit Miikka Kotamäki ja Mark Hatch Keskiviikko neljäs päivä Viimeisen hostellissa vietetyn aamun sarastus. Herättyään kaikki kävivät aamupalalla jo tutussa, mutta ajankohdan huomioiden melko tyhjässä ruokalassa. Aamupalan jälkeen ja viimeiset pakkaukset suoritettuaan kaikki kokoontuivat respaan luovuttamaan huoneitten avaimia. Jätettyämme matkatavarat respan huostaan oli aika suunnistaa kohti yhtä CERNin tietokonekeskuksista, jossa saimme jälleen reilun annoksen informaatiota GRID verkosta, tuttuun tapaan suomeksi. GRID on hajautettu laskukone, joka ylittää kaikkien nykyisten supertietokoneiden laskentatehot. Termin hajauttaa määritelmä järkkyi, kun vierailimme rakennuksen alemmissa kerroksissa, jossa tuhannet tavalliset kotitietokoneet hurisivat ja tallensivat astronomisia määriä dataa joka sekunti. Ajatus siitä, että nämä omaavat vain murto osa koko verkon laskentatehosta, saa ihmisen tuntumaan aika pieneltä.

7 Palattuamme alhaalta tietokoneiden keskeltä Michael Doser aloitti luentonsa antimateriasta. Hapsottavine hiuksineen ja silmälaseineen Doser toi mieleen juuri sellaisen perinteisen fyysikon, joka itse kullekin saattaa nousta mieleen. Aihe oli mielenkiintoinen eivätkä joidenkin kohdalla lyhyeksi jääneet yöunet estäneet nauttimasta hyvästä luennosta. Huomattavan selittämisen ja muutaman kiperän kysymyksen jälkeen Doser johdatti meidät ALPHAlle, CERNin antimateriatehtaalle, joka käytännössä on betonibunkkerien sisällä sijaitseva parin sadan metrin mittainen hiukkaskiihdytin. Kiihdyttimen toiminnan ohessa meille kerrottiin kyseisessä paikassa tehdyistä löydöistä ja tulevista kokeista, kuten gravitaatiokentän vaikutuksesta antimateriaan. kuvat: Heidi Tuorila Michael Doser ja ALPHA Tietokonesali ALPHAn jälkeinen ruokatunti oli viimeinen tilaisuus käydä CERNin matkamuistomyymälässä, mikä oli todellisuudessa huomattavasti vaikeampaa kuin voisi kuvitella. Myymälä oli nimittäin sijoitettu ovelasti rakennuksen nurkassa sijaitsevaan pieneen toimistoon. Pitkällisen etsinnän tuloksena myyntipiste kuitenkin löytyi ja halukkaat pääsivät tekemään ostoksensa ennen lounasta. Ennen lähtöä CERNistä noudimme tavaramme respasta, jonka jälkeen suuntasimme bussipysäkille. Bussilla matkasimme lentokentälle, jossa jätimme laukut lähtöselvitykseen ennen YK:n Geneven sivukonttorin vierailua. Tunnin vapaa ajan ja mahdollisten ostosten jälkeen suuntasimme bussilla YK:ta kohti. Päästyämme tiukkojen turvatoimien läpi sisään YK:n alueelle tapasimme sujuvaa englantia puhuvan ja eloisan oppaamme. Tutustuimme kierroksen aikana päärakennukseen ja hauskana yksityiskohtana törmäsimme myös alkuperältään suomalaiseen seinävaatteeseen, joka esitti ilmeisimmin Kalevalan sotkaa. Yhden ryhmäläisistä onnistui jopa tarjota selitys kyseisestä aiheesta, mistä opas tuntui ilahtuvan kovasti. Seuraava opastettava ryhmä on siis saattanut kuulla muunnoksen tutusta suomen sanasta sotka opastuksen yhteydessä.

8 Seinävaate YK:ssa: sotka kuva: Heidi Tuorila YK:n vierailun jälkeen lähdimme ripeästi kävelemään kohti 28:n pysäkkiä ja jouduimme jopa juoksemaan ehtiäksemme bussiin. Lentokentällä pystyimme siirtymään suoraan kauppaalueelle hoidettuamme jo aiemmin lähtöselvityksen. Ennen lentoa meillä oli hyvin aikaa kierrellä lentokentän kaupoissa tekemässä viimehetken tuliaisostoksia. Lopulta siirryimme turvatarkastuksen ohitse portille B 41, vaikka kone olikin noin 30 minuuttia myöhässä. Lopulta pääsimme kuitenkin koneeseen, joka nousi ilmaan klo jättäen Geneven taakseen. Lento sujui nopeasti keskustellen kaikesta tapahtuneesta. Suomeen kone saapui aikataulun mukaisesti ja ehdimme loistavasti lähteneeseen bussiin, suuntana Tampereen linjaautoasema. Bussissa keskustelu jatkui aina Tampereelle asti, josta matkalaiset jatkoivat omatoimisesti kotiin

9 Osallistujat Henri Eloranta Mika Eteläsaari Heidi Frösén Lassi Helanti Oski Kervinen Henry Kirveslahti Milla Kivioja Ville Kivioja Mari Kuosmanen Tomas Liettyä Risto Ojakoski Maria Piekkari Emilia Pitkäkangas Mikko Poikkimäki Tuomas Rintamäki Mikael Ritamäki Solmu Salminen Heidi Tuorila Tomi Urama Joonas Virkki Heikki Haimi, opettaja Juhani Mustakangas, opettaja kuva: Riitta Rinta Filppula Ryhmäkuva

10