Evento - 2ª Oficina “Raios Cósmicos nas Escolas”

13 de agosto de 2022

No início do evento, os professores e alunos de graduação responsáveis e participantes do evento deram boas-vindas aos alunos da E.E. Simon Bolívar (Diadema - SP) vindos com o professor Carlos e da E.E.Paulo Mendes Silva (Jundiaí-SP) com o professor Élcio.

Assim, logo às 09h10min da manhã deu-se início a abertura do evento, com os professores Dr. Marco Aurélio e Dra. Marisilvia Donadelli, os quais juntos aos demais organizadores, alunos de graduação e da pós-graduação no Instituto de Física, acolheram e convidaram todos ao laboratório do prédio HEPIC (Centro de Instrumentação em Física de Altas Energias).

Primeiramente, o prédio e localização foram conhecidas, a fim de deixar todos confortáveis no ambiente, e no laboratório foi dado início a explicação dos objetivos e atividades que seriam desenvolvidas ao longo do dia e da tarde, abordadas em cerca de 30 minutos.

Motivação para o projeto raios cósmicos nas escolas​

Nesse momento foi feita a contextualização histórica acerca dos principais estudos sobre raios cósmicos (desde sua descoberta até os dias atuais) e seus respectivos papéis no cotidiano, na evolução humana e outras aplicações de seus efeitos, mostrando a importância de estudarmos e compreendermos tal fenômeno, com o objetivo de retirar possíveis dúvidas dos alunos, bem como permitir que eles pudessem inferir as principais ideias históricas dos cientistas envolvidos nos estudos dos raios cósmicos, como por exemplo na abordagem da hipótese que fez Victor Hess subir no balão no ano de 1860, a fim atestar que a taxa de detecção de raios cósmicos aumentava, conforme a altitude aumentava.

Nesse episódio o professor destaca aos alunos as tentativas e erros, bases do método científico, bem como a intuição que moveu Hess em sua empreitada aos ares, foi também discutido como um dispositivo simples, eletroscópio, pôde ajudar Hess a identificar a variação ocorrida no experimento, cabe ressaltar também que naquela época os equipamentos envolvidos eram mais simples e todo conhecimento como temos hoje da física de partículas não era igual.

Dentro dos muitos avanços e as técnicas para mensurar quantitativamente os eventos registrados qualitativamente por Hess é que o detector de raios cósmicos pôde revolucionar como interpretamos as informações que chegam das partículas de altas energias vindas do espaço. Para gerar mais curiosidade e atenção dos alunos, um fato curioso foi apontado:

Como estudamos e detectamos os raios cósmicos​

Depois de viajar no tempo, a fim de coletar as informações sobre os raios cósmicos, dos cientistas pioneiros do passado, os alunos e seu professores puderem se indagar ainda mais sobre: Como detectamos essas partículas?

De início, o Prof. Marco fez uma breve explicação de como é feita a sua detecção e estudo, onde foi comentado que a partir de materiais chamados de cintiladores (materiais que brilham quando sujeitos a radiação) e junto com os dispositivos fotomultiplicadores (amplificam o brilho recebido para ser detectável por dispositivos eletrônicos) podemos adquirir a informação de quando ocorre uma interação entre os raios cósmicos e nosso detector, e, que a partir daí, envia os dados da hora de quando ocorreu os eventos simultaneamente, além de vários outros detalhes para o Grafana, onde via internet podemos acompanhar a detecção sendo feita em todos os detectores.

Figura 3 – Apresentação do Grafana e dados do detector

Foi também brevemente explicada a utilização do GPS para medição precisa do tempo no qual ocorre um evento (Raio cósmico), a partir de algo similar a triangulação, que utiliza vários sinais de satélites próximos e determina com precisão o horário exato da detecção baseado na posição em relação a eles. A fim de não apenas comentar o funcionamento e interpretação dos dados via Grafana, o Prof. Marco conduziu o que se segue como a 1ª parte da seção de demonstração da oficina do evento.

Seção de demonstrações I​

Os alunos foram apresentados a proximidade da bancada do laboratório, onde se localiza o detector, foram colocados frente a dois fracos com aparentemente líquidos de mesma cor e aspecto, entretanto, ao iluminá-los com uma luz especial (ultravioleta), puderam identificar que se tratavam de materiais diferentes, pois o como a luz interagia era distinto.

Segundo o Prof. Marco, mostrando também uma placa de material plástico, do mesmo modo aquela placa serve para detecção de radiação, e uma das propriedades é que da mesma forma que um feixe ao interagir com o material produz uma luz secundária saindo por todos os lados, e isso é o que permite detectar a radiação, sendo assim uma partícula que venha do espaço fará um processo semelhante àquela luz especial.

Figura 2 – Seção de demonstração do detector feita pelo professor Marco Leite.

Os alunos foram então levados a questionar: e se pudermos usar esse fenômeno para quantificar a radiação que está vindo? Visto que estamos usando apenas a visão para identificá-la. Quanto de luz temos aqui?

Entre as respostas dos alunos estavam: “nem tanta luz, nem pouca”, “pouca luz, mas poderíamos convertê-la em algo mais fácil para identificar?” e “suficiente para perceber que tem luz”, embora todas respostas fossem válidas e interessantes, pois percebemos o questionamento dos alunos, não são suficientes para quantificar o fenômeno, sendo necessário transformar em uma informação que possa ser tratada, mas há um avanço importante que foi a identificação do material que possui o efeito de cintilação.

Usando o cintilador plástico para demonstração, os alunos perceberam como anteriormente: “a luz se espalha!”. Assim, as duas placas paralelas foram embrulhadas em seu centro com um papel alumínio, com o motivo que a maior parte da radiação de fundo é composta de radiação gamma, isso implica que ao passar e interagir com a placa ela - radiação - vai produzir sinais no detector, na placa de cima ou de baixo, mas nunca nas duas, entretanto o raio cósmico não se comporta do mesmo modo.

Sendo exatamente essa configuração que classifica se o que interagiu era ou não partículas de raios cósmicos.

Em outro momento, foi feito o uso do microscópio para análise dos sensores formado por um conjunto de microsensores, de modo que quando a luz (fóton) chega até eles geram um sinal no detector, para uma área maior do detector o sensor também deverá ser maior, indicando a passagem de radiação pelo material cintilador gerando sinais elétricos que são medidos e depois interpretados, estando cada pequeno sensor ligados juntos, de modo que o fóton ao sensibilizá-lo se somam e formam o sinal elétrico.

Sendo esse um dispositivo semicondutor de silício, usado em transistores em todos circuitos eletrônicos, nele a luz será convertida e a corrente elétrica gerada vai ser multiplicada, ou seja, amplificada a fim de ser possível identificar a detecção.

Seção de demonstração II​

Preparação para a atividade com JupyterLab e Análise de dados do monitoramento do detector Cosmic, contou com a participação ativa dos alunos no Hands-on, momento no qual os estudantes de graduação participantes do projeto apresentaram o ambiente de programação usado, bem como nortearam todas as dúvidas e explicações, desde o entendimento da lógica de programação, bibliotecas da linguagem Python como Pandas, Matplotlib, Numpy e Cosmic (Biblioteca própria do projeto desenvolvida pelos alunos Guilherme Saito e Rodrigo Estevam) essenciais para a análise de dados e criação de gráficos, assim como a explicação de métodos estatísticos como média e histogramas.

Figura 2 – Sala com os computadores usados na atividade de Hands-On

O principal objetivo era interagir com os alunos e perceber como eles reagiam analisando os primeiros códigos em um ambiente de programação leve e interativo como o JupyterLab, não só isso, mas também introduzir o ambiente como um verdadeiro bloco de notas virtuais, no qual eles poderiam mesclar textos, com o uso da linguagem Markdown e códigos em blocos.

Desse modo, até o fim dessa última sessão percebemos o interesse dos alunos em entender os conceitos usados, e a forma que conseguiram relacionar, por exemplo, o uso de histogramas e gráficos estatísticos com o cotidiano.

Finalização do Evento​

Ao fim do evento foi discutido as opiniões dos alunos e professores presentes sobre o resultado do evento e as suas opiniões sobre como foi. O feedback obtido foi muito positivo, os alunos elogiaram o evento e a equipe e se mostraram felizes com o que aprenderam e o desenvolvimento do projeto até o momento.

Agora começa uma nova fase do projeto e com novas metas a serem alcançadas.

Aqui postaremos notícias e informações sobre o projeto