Low-cost 3D Printing for Science, Education and Sustainable Development / Доступная 3Д печать для науки, образования и устойчивого развития: 11. Печатная модель детектора ALICE из CERN

Стефан Росзеггер
CERN - Европейская Организация Ядерных Исследований, Швейцария
Stefan.Rossegger@cern.ch

Woolpit 12.10.13 в 10:05

Понимание концепции является началом понимания науки. Без концептуального понимания, Вы не сможете принести идею того, чего стремитесь достичь более широкой аудитории. Без заинтересованности более широкой аудитории, Вы никогда не вдохновите следующее поколение ученых и исследователей, на которых будет полагаться будущая наука.

Woolpit 12.10.13 в 10:05

Понимание концепции является началом понимания науки. Без концептуального понимания Вы не сможете донести идею того, чего стремитесь достичь, до более широкой аудитории. Без заинтересованности более широкой аудитории, Вы никогда не вдохновите следующее поколение ученых и исследователей, на которых будет полагаться будущая наука.

Woolpit 09.01.14 в 05:07

Когда понятия могут быть легко продемонстрированы, так как в химии или биологии, тогда результаты науки могут быть легко представлены более широкой аудитории, у которой может не быть предварительных знаний о происходящем тесте. Такое сильное воздействие зрительно захватит и сразу же вызовет интерес, и удержит внимание людей, таким образом, наука может быть объяснена.

Woolpit 12.10.13 в 10:05

Когда понятия могут быть легко продемонстрированы, как, например, в химии или биологии, тогда научные результаты могут быть представлены более широкой аудитории, у которой может не быть предварительных знаний о происходящем тесте. Такое сильное воздействие зрительно захватит и сразу же вызовет интерес, и удержит внимание людей, таким образом может быть объяснена наука.

Woolpit 09.01.14 в 12:24

Трудность для физики элементарных частиц, которая изучается и тестируется в CERN, состоит в том, что мы имеем дело с тестами, которые не могут наблюдаться. Частицы образуются при столкновениях в Большом Адроном Коллайдере (БАК), самом большом ускорителе частиц в мире. Их траектории и свойства измеряются через их взаимодействия в наших детекторах, отслеживаются компьютером и позже моделируются математически. Из-за сложности научных экспериментов и их концептуального стимулирующего характера физики элементарных частиц, ясно, что БАК делает простым представление массивных задач. Эти реакции почти вне воображения широкой аудитории.

Woolpit 12.10.13 в 10:05

Поэтому, Вы должны найти, другие концептуальные методы привлечения людей. 3D модели – это попытки объяснить, как выглядят детекторы частиц, как они работают и что происходит во время столкновения. Сначала немного о CERN и эксперимент ALICE и наши усилия чтобы удержать интерес людей.

Woolpit 12.10.13 в 10:05

CERN возник в 1950-х, как европейская Организация Ядерных Исследований. Сегодня это также известная Европейская лаборатория Физики элементарных частиц. Это один из самых престижных мировых исследовательских центров находящийся в Женеве, Швейцария. Его деятельность – это основополагающая физика изучающая, что заставляет нашу Вселенную работать. В CERN используются несколько самых больших и самых сложных в мире машин, чтобы изучить самые крошечные строительные блоки природы, элементарные частицы. Сталкивая материи мелких частиц, физики открывают основные законы природы. Лаборатория предоставляет современные научные установки для исследовательских целей. Это акселераторы, которые ускоряют крошечные частицы до скорости света и детекторы, которые работают как электронные глаза, делают частицы видимыми.

Woolpit 12.10.13 в 10:05

CERN в настоящее время использует новый акселератор, названный Большой Адроный Коллайдер (БАК). Эта машина является новым инструментом для физиков в мире, чтобы проводить более глубокие испытания, даже глубже чем сердце материи. БАК осуществляет первичную область экспериментов, совместно выполненных физиками со всего мира. Эти физики создают детекторы частиц в своих домашних институтах и приносят их в CERN, чтобы записать результаты столкновения частиц. БАК обеспечивает четыре эксперимента со столкновениями. Эксперименты вызываются ATLAS, CMS, LHCb и ALICE.

Woolpit 12.10.13 в 10:06

Эксперимент ALICE, над которым я работаю, основывается на «Опыте Большого Ионного Коллайдера». В отличие от других экспериментов в БАК, мы изучаем столкновения тяжелых ядер, что позволяет нам, приблизится к моменту создания Вселенной, Большому взрыву. Он был разработан и создан, чтобы измерить, самым совершенным и возможным способом, возникновение частиц при таких столкновениях, которые происходят в его центре для того чтобы иметь возможность воссоздать и изучить эволюцию системы в пространстве и времени.
Для того чтобы сделать это, необходимо использовать множество различных детекторов, каждый из которых предоставляет физикам различные данные. Чтобы понять такую сложную систему, нужно наблюдать явление с различных точек зрения, одновременно используя различные инструменты.

Woolpit 12.10.13 в 10:06

ALICE – Экспериментальный Большой Ионный Коллайдер

Woolpit 12.10.13 в 10:08

Множество цилиндрических детекторов (внутри: Внутренняя система слежения (ITS), Камера временного проецирования (TPC), Детектор перехода излучения (TRD)) проводят измерения во многих точках (более чем в 100 лишь в TPC) проходимых каждой частицей, переносящей электрический заряд, а ее траектория точно известна. Отслеживающие детекторы ALICE встроены в магнитное поле, изгибающееся по траектории частиц: по искривлению дорожек можно определить их импульс. Внутренняя система слежения (ITS) такая точная, что частицы, которые порождаются распадом других частиц с очень коротким временем жизни, можно визуально определить, что они не возникли из точки, где происходило взаимодействие (т.е. «наивысшая точка» события), а вернее из точки на таком маленьком расстоянии как одна десятая миллиметра.

Woolpit 12.10.13 в 10:09

ALICE также необходимо знать индивидуальные параметры каждой частицы, является ли она электроном или протоном, каоном или пионом. В дополнение к информации, получаемой от ITS и TPC, требуется больше специализированных детекторов: Измерения времени полета (TOF), с точностью более чем одна десятая одной миллиардной секунды, время, которое каждая частица затрачивает, чтобы переместиться от наивысшей точки до достижения этой скорости. Поэтому можно измерить ее скорость, а TRD измеряет особое излучение испускаемое очень быстрыми частицами, когда они проходят через различные материалы, таким образом, возможно определить электроны. Мюоны определяются, использованием того, что они проникают сквозь материю легче, чем большинство других частиц: в передней области очень толстый и сложный абсорбер останавливает все другие частицы и мюоны измеряются специально установленным выделенным набором детекторов, спектрометр мюона.

Woolpit 12.10.13 в 10:09

3D модель первого тяжелого ионного столкновения

Woolpit 12.10.13 в 10:12

Из ранее упомянутых концептуальных сложностей объяснения науки под LHC и его эксперименты, CERN использует множество различных методов, чтобы привнести внутреннюю часть экспериментов в жизнь. Один из методов, которые использует CERN, визуализация на мониторах путей частиц, полученных при столкновении этих частиц. Со стороны непрофессионала, столкновение похоже на фейерверк. Визуализация демонстрирует пути частицы, как они прослеживаются после столкновения. Мы делаем это, используя AliROOT, специально разработанный пакет программного обеспечения, который не только визуализирует дорожки, но также способен считывать необработанные данные с детекторов, делать отслеживание и распознавание образов, используемых для окончательного анализа данных. Кроме этого, этот дисплей – основа нашего центр посетителей Globe и выставка ALICE.

Woolpit 12.10.13 в 10:10

3D модель, которую мы распечатали методом быстрого макетирования, является чистой статичной визуализацией одного из первых тяжелых ионных столкновений, измеренного одним из наших основных детекторов, TPC, в 2010 году, который стал историческим событием. 3D модель TPC, а также дорожки были созданы при помощи бесплатной программы моделирования Blender, используя дополнительный программный модуль питон, чтобы загрузить восстановленные свойства частицы из ранее упомянутого пакета AliRoot. Shapeways, торговая фирма, доступная для каждого, затем распечатала это, как видно на рисунке следующей страницы.

Woolpit 12.10.13 в 10:10

3D печать первого тяжелого ионного столкновения

Woolpit 12.10.13 в 10:10

Создание этой трехмерной модели позволяет нам демонстрировать реакции, которые визуально интересны, без применения концепции. Например, линии/дорожки с сильным искривлением представлены частицами с низким импульсом. Самые длинные линии/дорожки частиц движущихся в основном со скоростью света; чем короче дорожка, тем тяжелее частица и поэтому медленнее.

Woolpit 12.10.13 в 10:11

Эта модель является лишь первым шагом к визуализации, где мы пытаемся объяснить и показать наш детектор и науку, скрывающуюся за ним, для более широкой аудитории.

Woolpit 12.10.13 в 10:11