研究
一群物理学家, 老师, 高中生和家长, 刚从物理训练营回来, 在弗吉尼亚州的一家意大利连锁餐厅里，他们围坐在铺着肉铺纸的桌子旁，学习基本粒子物理的细节.
“这是关于人际关系的, 关于人的, 让老师们知道他们是非常重要的研究的一部分, 然后他们可以把他们的热情传递给他们的学生.”
餐厅提供的蜡笔在手， 兰迪Ruchti圣母院粒子 物理学教授, 图解高能粒子的产生和衰变并讨论夸克，胶子，质子和介子吗. 这个话题远远超出了大多数与会者的讨论范围, 但他耐心地用每个人都能理解的语言概述了这个理论.
“这让我大吃一惊,黛博拉·鲁德布什, 费尔法克斯的一名高中物理老师, 维吉尼亚州, 记得2002年的那一天. “这里有很多人, 这是兰迪, 杰出的物理学家, 在通心粉烤架中间的桌子上用蜡笔给这些概念着色.”
Ruchti正处于一个被一些人描述为辉煌和成功的想法中——而不是关于量子色动力学, 而是关于如何传播粒子物理学的激情. 当Ruchti遇到一个所谓的“无法解决”的问题, 他有一种不可思议的本领，能与他人合作，悄悄地想出一个创造性的解决方案. In 1993, 在遇见布什的九年前, 他看到的问题是美国粒子物理研究即将消亡.
在这个启示之后, Ruchti和其他一群人一起稳定地工作了好几年, 将1998年的想法提炼成 QuarkNet, 这是一个将大学水平的研究带给全国各个中心的高中物理教师的项目.
五年前，美国国会削减了里根时代开发的超导超级对撞机(SSC)项目的资金。, 这是一种巨大的乐器，因为它位于德克萨斯州，所以被称为“沙漠之神”. 像SSC这样的高能粒子对撞机是一种将带电粒子推进到99的机器.是光速的9999999%, 将它们相互撞击并收集大量数据，希望在碰撞后能探测到新的粒子或其他发现. SSC的预算比最初的提议增加了70亿美元, 许多人不明白花更多的税款去寻找他们不理解的东西有什么意义. 自1982年以来一直从事该项目的物理学家失去了工作, 离开了他们在德克萨斯的家，永远离开了物理学. 后来，工作被转移到位于瑞士的欧洲核子研究组织(CERN)的大型强子对撞机(LHC)上，该对撞机体积更小，功率更低.
鲁奇蒂已经习惯了改变. 上世纪五六十年代，他是一名美国外交官的儿子，小时候由于父亲的工作，他经常搬家. 因为他从1977年就在电竞赌博平台工作了, 他很快从预算削减的“苦果”中恢复过来, 并将他的研究项目转移到欧洲核子研究中心和费米实验室, 位于芝加哥附近的国家粒子物理实验室.
尽管他没有丢掉自己的工作, 缺乏对物理学的公共投资的社会问题困扰着他. 他的妻子建议他考虑一个教学方案，让公众重新接触到物理. 毕竟, 鲁奇蒂是一位老师——不仅仅是他的物理学生的老师, 还有他的两个孩子, 谁在晚上遛狗的时候从他那里学到了星座.
他默默地考虑着她的建议. 他意识到不仅要有资金支持很重要, 但也要得到重视长期研究的广大公众的支持. “这很难做到,Ruchti解释道, 因为粒子物理学需要长期的投入, 大多数人希望投资能立即得到回报. “But the science we do is not for short-term benefit; it takes a very long time, 如果你的投资在五年后突然失去了, 这是非常有害的.”
就在SSC被取消后不久, 鲁奇蒂和其他几个人被邀请到阿灵顿, 维吉尼亚州, 讨论科学研究的更广泛影响. 经过两天的研讨会, 鲁奇蒂在晚餐时会见了另外两位物理学家——汉普顿大学的奥利弗·“基思”·贝克, 他现在在耶鲁大学教书, 和加州劳伦斯伯克利国家实验室的迈克尔·巴尼特一起讨论培养人们对粒子物理学兴趣的教学方法. 巴尼特后来邀请了玛乔丽·巴丁, 他曾是一名中学教师，在费米实验室担任教育办公室主任已有十年之久, 他是通过能源部的实验室项目认识的. 他们集思广益:如果能让高中老师更多地了解大学物理学家正在做的激动人心的实验，从而激发他们的兴趣，那会怎么样? 如果高中老师能和物理学家和其他人一起完成动手研究，那会怎么样? 也许他们可以帮助制造这些部件，甚至可以将它们安装在欧洲核子研究中心的对撞机上? 如果那些老师能把他们的热情传递给学生, 这个小组推论道, 然后在不到10年的时间里，新一代的美国.S. 粒子物理学家可能正在进行他们自己的研究.
巴丁, Ruchti, Barnett和Baker组成了这个项目，并开发了首批四个旗舰QuarkNet中心, 包括电竞赌博平台的中心. 在1998年获得美国国家科学基金会的初步资助后, 他们加强和提高了它. 但是，如果不是16岁的学生Amy DeCelles, QuarkNet在2002年的提案审查小组面前不可能通过关键的五年资金周期审查, 他去了华盛顿, D.C.作为学生大使，Ruchti和其他物理学家和教师. 在Ruchti的演讲中, 当一位评审小组成员断言:“这听起来像是那些让学生做繁重工作的项目之一,艾米抗议道。. 没有鲁奇蒂或其他人的任何催促，她立即从座位上跳了起来. 展现一个有魅力的成年人的风度, 她面对小组，描述了她是如何为欧洲核子研究中心进行一项即将投入使用的实验的.
鲁奇蒂回忆说，小组成员的态度立刻发生了变化，并补充说:“我可以从他们的脸上看出来.”
美国国家科学基金会小组授予QuarkNet足够的资金在全国范围内再建立11个中心, 并培训至少24名高级物理人员来指导高中教师和学生. DeCelles现在是St . University of St . University的数学副教授. 托马斯在明尼苏达, 记不清细节了, 但她记得她在电竞赌博平台QuarkNet中心的研究, 一个经过改造的Aldi杂货店，距离校园两个街区. 她还记得，那里的非正式午餐如何增强了她的信心.
“从他们说话的方式来看，我以为他们知道的比我多，”她说. “但我也记得在其中一个场景中, 围着桌子, 发现我知道的比她们大多数人都多——她们只是表现得比女孩更自信. 在QuarkNet，我灵光一闪，物理学或数学是我可以追求的东西.”
这个想法是由电竞赌博平台的一位教授和其他合作者提出的，点燃了一团火焰. “太棒了。,巴丁说。, 他从费米实验室退休了，但继续作为QuarkNet的志愿者工作. “这个想法……世界上从来没有人这样对待过物理教育.”
“没有QuarkNet, 物理教育将会出现空白, 因为高中教师之间建立的关系, 大学研究人员和高中生是未来粒子物理研究的关键.”
Ruchti喜欢项目的构思和规划阶段，更喜欢把关键的日常细节留给具有专业管理技能的人. 这就是为什么, 他还兼职加入了国家科学基金会，同时继续在电竞赌博平台担任教授, 他把QuarkNet首席研究员的职责交给了电竞赌博平台的一位物理学教授 米切尔韦恩. Wayne负责QuarkNet已经有15年了, 在这个项目20年来的大部分时间里，他一直在继续领导这个项目. 考虑到华盛顿不确定的科学资助环境, 韦恩在2018年的整个夏天和秋天都在工作，以确保该项目能从美国国家科学基金会获得另一笔为期五年的资助. 4美元.2500万年, 五年奖金比过去少了, 但这笔钱足以资助现在全国各地大学和实验室的52个QuarkNet中心, 包括约翰霍普金斯大学等不同大学的设施, 赖斯和美国天主教大学. 粒子物理实验室包括芝加哥附近的费米实验室，它与电竞赌博平台是一个平等的合作伙伴, 这些想法涉及到哪些方面, 加州的劳伦斯伯克利国家实验室是QuarkNet的其他中心之一.
活跃的QuarkNet中心
“韦恩教授孜孜不倦地努力确保这笔重要的资金，使夸克网继续发展, 我们感谢国家科学基金会继续信任这个项目的价值,玛丽·高尔文说, 威廉K号. 沃伦基金会理学院院长. “没有QuarkNet, 物理教育将会出现空白, 因为高中教师之间建立的关系, 大学研究人员和高中生是未来粒子物理研究的关键.”
定量衡量该计划的成功及其对美国经济的贡献.S. 粒子物理学很难，因为这个项目不追踪毕业生的职业生涯. 然而, 近2,4万多名物理教师,000名学生参加了这个项目, 每个人都从大学教授或大师老师那里学习粒子物理学的细节. 中心有不同的关注点, 取决于他们的研究技能和项目, 但是老师和学生可以利用不同的机会, 包括研究和“大师班”，让他们在不同领域磨练技能.
作为一个专业发展项目, QuarkNet教育教师关于实验和理论粒子物理，并提供教学策略和教学资源，使他们能够将他们的知识带到课堂上. 课程全年为那些希望参加的人提供, 不同的中心提供不同层次的项目. 圣母院中心是为数不多的为高中科学教师提供每周晚间聚会的中心之一, 他们什么都聊，从基本粒子到星系碰撞再到教学方法.
位于电竞赌博平台的QuarkNet国家教师肯·塞西尔(Ken Cecire)帮助促成了这些会议. 他在纽波特纽斯的托马斯·杰斐逊国家实验室做研究时发现了夸克网, 维吉尼亚州, 作为一个物理老师. 除了主持每周的聚会, Cecire与一个全国性的教师团队一起开发大师班，并与德累斯顿Technische Universität的一位同事共同协调国际大师班项目, 德国. 任何中心的教师和学生都可以参加任何活动.
去年秋天11月中旬一个下雪的早晨, Cecire, 主要靠咖啡提神, 慢吞吞地走进了艾迪街夸克网中心. 他彻夜未眠，为那些想要拓展技能的学生组织了一个相对较新的活动:世界数据日. 在塞西尔的电脑显示器上，可以看到四个来自以色列的学生正在和一位来自意大利的物理学教授聊天. 来自世界各地的物理学教授可以在24小时内的不同时间段与学生进行视频会议并回答问题. 来自64所院校的800名学生参加了2018年的活动, 使用从大型强子对撞机的一个实验中获得的记录数据, 显示为图形, 探测介子——质子碰撞时在加速器中产生的不稳定的基本粒子——这对寻找新物理学的发现很重要.
另一位夸克网的国家教师, 巴蒂尔伍德, 谁在明尼苏达, 也协助大师班, 车间计划和持续支持. 他和其他人正在研究一门关于中微子的新课程, 一些人称其为物理标准模型中的“幽灵粒子”的基本粒子，因为它们难以被探测到. 中微子物理世界的中心在费米实验室, 但是在大师班, 注册的教师将能够了解所有难以捉摸的粒子，无论他们的学校在哪里.
除了开发纯粹关于物理的程序, 然而, 伍德与陶斯的艺术家艾格尼丝·查韦斯(Agnes Chavez)等几位合作者合作, 新墨西哥. 这位古巴裔美国艺术家正在欧洲核子研究中心开发一个投影艺术装置, 这是她在医院学习的结果吗, 在一位物理学家的指导下. 伍德与查韦斯一起在新墨西哥州的学校举办了五个讲习班，这些学校的美国印第安学生比例很高.
“在QuarkNet, 我们研究的一个问题是，如何将我们的影响范围扩大到具有一定社会经济地位、对物理学感兴趣的普通白人学生之外,伍德说, 注意到汉普顿大学, 一所历史悠久的黑人大学, 是1998年的特许QuarkNet中心. “这些工作坊将西方科学与本土传统结合起来，作为培养学生理解的一种方式.”
而特别节目全年都有, QuarkNet体验的“肉”发生在教师的夏季研讨会上. 在大多数中心, 教师在第一年会获得津贴，以协助进行不同的实验. 在电竞赌博平台，每位老师每年夏天可以资助一名学生. 虽然老师有津贴, 过去有一半的中心都有学生, 所有人都将被要求寻找新的方式来支付2019年的学生津贴，因为新的国家科学基金会拨款不再资助这部分.
在电竞赌博平台, 包括韦恩在内的物理学家在CERN的紧凑型介子螺线管实验(CMS)中进行研究, QuarkNet的大部分夏季活动都围绕着完成这个实验的任务展开. 去年夏天，16名学生和16名老师参加了这个项目. 2018年7月, 包括凯特琳·卡勒斯在内的学生, 他是印第安纳州不来梅高中的高三学生, 坐在长凳上，把光纤穿过明信片大小的阳极氧化金属板, 并将它们整合到称为光学解码器的盒子中. 的单位, 将光转换成可以数字化并用于识别亚原子粒子的电信号, 现在正在日内瓦的大型强子对撞机中安装CMS实验的探测器.
虽然教师享有专业发展时间, 与学生一起工作是这段经历中最令人兴奋的方面之一, 几位老师指出. 大多数参加这个项目的学生最初都对自己的角色感到焦虑, 但随着夏季的发展，它们会生长.
“第一天, 学生们不想互相交谈, 他们都来自不同的学校，他们都很紧张,丽贝卡·兰德尔说, 他是米沙瓦卡玛丽安高中的一名教师, 印第安纳州. “但这对他们有好处, 他们可能突然间就不再是最聪明的孩子了, 所以他们离开了自己的舒适区. 但每个人总有一天都会这样，在他们人生的这个阶段，这对他们来说是件好事.”
2012年之后，人们对粒子物理的兴趣增加了, 当时大型强子对撞机的两个大型探测器发现了一种叫做希格斯玻色子的粒子，它弥合了人们对物理学标准模型理解的空白, Ruchti说. 但随后，由于没有立即发现其他新粒子，人们的热情减弱了, 尽管有很强的理论动机. 寻找超越希格斯粒子的新物理, 大型强子对撞机正在进行重大翻新，至少需要7年才能完成, 10年内不会收集数据. 漫长的等待意味着物理学专业需要2027年的研究生来完成这项工作, 从而继续使QuarkNet项目成为培养全国高中生早期兴趣的关键因素.
为研究人员, 在大学里建立QuarkNet中心，可以让他们在为大型强子对撞机或其他粒子物理设施的研究申请NSF资助时，有机会引用他们工作的“更广泛的影响”, Ruchti说. 提案不仅要表现智力, 科学价值, 但也必须展示他们如何与更广泛的社区联系起来. 这些活动包括在天文馆或博物馆举办展览, 从网站, 写教科书或者在科学展览会上帮忙. 但QuarkNet的参与提供了一种方法，物理学家可以参与一个建立在已经协作的粒子物理社区基础上的项目，同时让其他人参与一个有形的项目, 信任的方式.
“研究人员可以说，这是我更广泛影响的一部分, 我将负责一个暑期项目, 吸引教师, 他们将参与到我正在做的科学研究中，这是一种接触更多学生的方式,鲁奇蒂说.
为教师, QuarkNet最重要的贡献是，它在他们心中建立了信心，使他们能够在高中阶段教授高度复杂的粒子物理课程. “这是一个往往出现在科学书籍最后的主题, 可以这么说, 所以他们在课堂上很少能做到,巴丁在费米实验室15楼的办公桌上写道, 哪座可以一览6号的全景,占地800英亩，包括一片大草原, 一个粒子加速器综合体上面的湿地和树林，现在是国际粒子物理社区中微子物理的纽带. “当我们有暑期课程的时候, 我们安排休息时间，这样老师和物理学家就可以边喝咖啡边吃饼干, 一位诺贝尔奖得主可以和一位高中老师交谈. 这是关于人际关系的, 关于人的, 让老师们知道他们是非常重要的研究的一部分, 然后他们可以把他们的热情传递给他们的学生.”
该计划的未来扩展包括指派教师帮助领导不同的项目, 例如世界数据日等, 建立中微子物理大师班，并继续让那些可能没有太多接触粒子物理的代表性不足的群体参与进来, Cecire说. 也因为额外的拨款 电竞赌博平台全球, 他带着宇宙射线探测器去了墨西哥，确定金字塔的位置，以确定阿兹特克或玛雅建筑是否有隐藏的房间. 另一组研究人员, 与QuarkNet无关, 2017年，利用宇宙射线在吉萨大金字塔内发现了一个以前未知的空洞和斜坡.
因为QuarkNet的成功和扩展, 巴丁和其他创始人为这个项目持续了20年而感到自豪, 还有更多.
“夸克网的故事真的很了不起，”韦恩说. “我不确定是否有人会想到，最初的概念是由基思提出的, 玛姬, 迈克尔和兰迪最终成为高能物理领域最受认可的教育和推广项目. QuarkNet正进入其连续运营的第三个十年，并且仍然很强大，这一事实证明了该计划的重要性以及所有参与人员所做的伟大工作. 多年来，我们为帮助创建和领导QuarkNet而感到自豪, 我们感谢电竞赌博平台一直以来对我们工作的支持.”