PROJECTE ADMIRA: ensenyar física de partícules a l’institut amb detectors Timepix dissenyats pel CERN

«Projecte Admira: ensenyant física de partícules a l’institut amb detectors Timepix» és el títol del primer article científic publicat pel projecte ADMIRA a la revista IOP Physics Education, amb la participació d’experts de l’Institut de Ciències del Cosmos (ICCUB) i de l’Institut de Desenvolupament Professional (IDP-ICE) de la Universitat de Barcelona.

El treball aborda la rellevància del projecte ADMIRA (Activitats amb Detectors Medipix per Investigar la Radiació a l’Aula) des de diverses perspectives, amb un especial èmfasi en la importància de l’experimentació a l’educació superior.

L’article és el resultat de la col·laboració de membres de diversos centres educatius i de recerca, i té com a principals autors Daniel Parcerisas, professor del col·legi Sagrada Família (Gavà, Barcelona), i Rafael Ballabriga, expert de l’Organització Europea per a la Recerca Nuclear (CERN, Suïssa).

«Encara que hagi coordinat aquest treball, es tracta d’un resultat col·lectiu que inclou a molta gent de diversos camps: el CERN, les escoles, l’Institut de Ciències del Cosmos de la UB (ICCUB), o l’Institut de Desenvolupament Professional (IDP-ICE)», explica Daniel Parcerisas. «A més, tenir a Rafael Ballabriga com coautor principal i poder aprofitar la seva experiència en la publicació d’articles científics és impagable, i m’ha permès aprendre moltes coses durant aquest procés». En aquest context, cal destacar la contribució científica dels experts Rafael Ballabriga (CERN) i el professor Eugeni Graugés (ICCUB) des de l’inici del projecte el 2017.

Objectiu: fomentar vocacions en el sector STEM

Una de les característiques del currículum preuniversitari de física a l’Estat espanyol -i en altres països també- és la manca de conceptes i models corresponents a la física desenvolupada durant la segona meitat del segle XX. A més, quan s’introdueixen els conceptes bàsics de la física del Model Estàndard (SM) -o fins i tot de la teoria atòmica-molecular de la matèria- els alumnes mostren una dificultat alta a l’hora d’acceptar la descripció d’aquest model. En el marc del desenvolupament teòric, les matemàtiques estan a un nivell més alt del que els alumnes han adquirit prèviament, i això no ajuda a fer una descripció matemàtica formal del tema d’estudi.

Per tant, en l’àmbit de l’educació secundària, l’experimentació és una eina clau que pot ajudar als estudiants a entendre aquests conceptes abstractes i obtenir una intuïció física sòlida dels fenòmens de la física de partícules. Tot això pot facilitar que molts joves s’interessin per les carreres professionals de ciència, tecnologia, enginyeria i matemàtiques (carreres STEM), o per formar-se com a ciutadans millor informats i autocrítics amb la societat del futur.

«La Xarxa IRIS (Institute for Research in Schools, en anglès) ha documentat l’ús dels detectors Timepix, desenvolupats a la Organització Europea per a la Recerca Nuclear (CERN), i els seus efectes, per incrementar les vocacions STEM, especialment entre les noies», comenta Daniel Parcerisas. «El detector i la lectura permeten als alumnes investigar sobre temes relacionats amb la física de partícules i també en altres camps com la dosimetria, la medicina, la química o les tecnologies de la informació».

Aquesta iniciativa ha permès crear una xarxa d’estudiants, professors i investigadors de les institucions participants per fomentar la transferència de coneixement i reforçar les comunitats científiques i educatives locals.

El projecte ADMIRA: dels xips electrònics al món de l’educació

La iniciativa ADMIRA es va originar a finals del 2017 a partir de la col·laboració entre equips de diferents institucions per tal de crear una xarxa local d’escoles que utilitzessin els detectors Timepix -una família de xips de lectura per a imatges i la detecció de partícules  dissenyats al CERN- per introduir la física de partícules a les aules. L’objectiu final del projecte és apropar la recerca als estudiants per potenciar noves vocacions científiques i tècniques.

En el marc de la iniciativa, el setembre del 2019 es va iniciar un sistema de préstecs temporals de detectors per al grup d’escoles escoles participants en aquesta  iniciativa. En paral·lel, també s’ofereix formació específica als professors per a un ús òptim del detector i també sobre temes relacionats amb la detecció de partícules.

Actualment, hi ha vint escoles participants en el programa del curs 2021-2022, i més de dos-cents alumnes han fet servir fins ara els detectors als laboratoris per estudiar experimentalment la física de partícules. En el portal web del projecte es poden consultar els treballs d’alguns alumnes, a més de trobar informació sobre com utilitzar els materials i les activitats proposades pels professors que hi participen.

De cara al futur, està previst que els membres del CERN participin en la difusió de les lliçons d’ADMIRA -i altres experiències educatives relacionades amb els dispositius Medipix/Timepix- de manera més amplia en els estats membres d’aquesta entitat. Així, l’equip de Medipix del CERN ha adquirit diversos sistemes de lectura Timepix per distribuir-los a través d’instituts i persones que ja participen en aquest projecte.. Aquesta iniciativa -es coneix com Timepix Teachers Network- vol aplicar molts conceptes clau d’ADMIRA en la construcció de xarxes locals per potenciar l’impacte global del projecte.

Article de referència:

Parcerisas. D. et al. «Projecte Admira: ensenyant física de partícules a l’institut amb detectors Timepix». Physics Education IOP, 20 de gener de 2022. 10.1088/1361-6552/ac4143