H διπλωματική αυτή εργασία με τίτλο : Στοιχειώδη σωμάτια και εφαρμογές τους, γράφτηκε στα πλαίσια της φοίτησης μου στο Ελληνικό Ανοιχτό Πανεπιστήμιο, στο τμήμα Θετικών Σπουδών και Τεχνολογίας, και με αντικείμενο σπουδών την μεταπτυχιακή Ειδίκευση Εκπαιδευτικών της Β/βάθμιας εκπαίδευσης στις βασικές επιστημονικές κατευθύνσεις των Φυσικών Επιστημών. Ορμώμενος από τη φύση των σπουδών μου, προσπάθησα να ενοποιήσω όλες τις κλασικές αλλά και τις σύγχρονες θεωρίες της Φυσικής ,της Χημείας και της Βιολογίας και να αναδείξω το ρόλο τους στην ενοποιημένη αντίληψη για το κόσμο. Αντικειμενικός μου στόχος δεν ήταν η παρουσίαση των Στοιχειωδών Σωματιδίων από με καθαρά μαθηματικό φορμαλισμό ,μια και η φύση των σπουδών μου έχει σαν αποδέκτες τα παιδιά, που αναζητούν από εμάς ως δασκάλους να τους προσφέρουμε την τόσο πολύτιμη για αυτά γνώση, με τον τρόπο εύπεπτο, χωρίς να προσβάλουμε εξάλλου τις αρχές της επιστήμης. Η συγκρότηση της εργασίας έχει γίνει σε τρία βασικά κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο, προεξάρχουσα θέση κατέχει μια απαραίτητη ιστορική αναδρομή ,με χρονολογίες ορόσημα για την ανακάλυψη στοιχειωδών σωματιδίων καθώς και την ανάδειξη των πειραματικών διατάξεων που οδήγησαν σε αυτές. Ακολουθείται η ανάδειξη του αυστηρού πλαισίου που οδηγεί ιστορικά τους επιστήμονες ,μέσα από χρόνια επιστημονικών διαμαχών, στη τεκμηρίωση της επιστημονικής αλήθειας. Γίνεται έτσι εμμέσως και μια αναφορά στον ουσιαστικό ρόλο που μπορεί να παίξει η Ιστορία των Θετικών Επιστημών στην όλη μαθησιακή διαδικασία μεταλαμπάδευσης μιας γνώσης ιδιαίτερα δυσνόητης για μεγάλο μέρος της εκπαιδευτικής κοινότητας. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται ξεχωριστή αναφορά στις ιδιότητες των στοιχειωδών σωματιδίων, στην προσπάθεια ομαδοποίησης τους, στα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους, στο ρόλο που έπαιξε σε αυτό το Καθιερωμένο Πρότυπο, που περιλαμβάνει τις τρείς βασικές δυνάμεις αλληλεπίδρασης (την ισχυρή πυρηνική, τις ασθενείς και τις ηλεκτρομαγνητικές, όχι όμως την βαρυτική) και το πως φθάσαμε στη συγκρότηση του. Πέρα όμως από μια τετριμμένη αναφορά σε επιστημονική γνώση που θεωρείται κτήμα εδώ και δεκαετίες στο χώρο της Φυσικής ,επιχειρείται κυρίως να γίνει αναφορά σε ότι πιο σύγχρονο υπάρχει στο τομέα του επαναπροσδιορισμού του ρόλου των στοιχειωδών σωματιδίων και των χαρακτηριστικών τους, έτσι όπως αυτά αναδύονται από τα πειραματικά προγράμματα που έχουν στηθεί ανά το κόσμο με στόχο να τα « ανακρίνουν» περαιτέρω και να αναπροσαρμόσουν τις θεωρίες που ήδη υπάρχουν. Ειδική αναφορά στο συγκεκριμένο κεφάλαιο γίνεται στις μελέτες και στα πειράματα που διεξάγονται σήμερα στο CERN ,και στα ερωτήματα και στους νέους προβληματισμούς που αυτά φέρνουν στην επιφάνεια. Έχει ήδη ανοίξει σε προχωρημένο μάλιστα στάδιο η προσπάθεια γραφής μιας «νέας Φυσικής». Στο τρίτο κεφάλαιο αναδεικνύεται ο ρόλος που μπορούν να παίξουν τα Στοιχειώδη Σωμάτια στην καθημερινή ζωή. Γίνεται έτσι αναφορά σε αυτό που η σχολική κοινότητα και η πλειοψηφία του κόσμου προσδοκά από τον ρόλο που μπορεί να διαδραματίσει ο επιστήμονας σήμερα. Να δώσει δηλαδή λύσεις σε προβλήματα που ταλανίζουν την καθημερινότητα του και θέτουν σε κίνδυνο την ανθρώπινη μακροημέρευση, υγεία και ποιότητα ζωής του. Το βασικό μέρος του κεφαλαίου είναι αφιερωμένο στις Ιατρικές εφαρμογές των στοιχειωδών σωματιδίων και πως αυτά μπορούν να 4
θεραπεύσουν δύσκολες και στο παρελθόν ανίατες ασθένειες. Συνδέεται επίσης ο ρόλος που μπορούν να επιτελέσουν τα σωμάτια αυτά του μικρόκοσμου στην βελτίωση υλικών και σε τομείς όπως της πληροφορικής ,της ηλεκτρονικής, της βιοχημείας, της μοριακής βιολογίας .Ιδιαίτερη δε αναφορά γίνεται στην σύνδεση της Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων και της Κοσμολογίας, μια και η συνεργασία των παραπάνω τομέων και εκείνου της Αστροφυσικής προσδοκούμε να μας δώσει την αλήθεια που σήμερα αγνοούμε για την αρχή και την εξελικτική πορεία του σύμπαντος.
This thesis under the title: Physics of Εlementary Particles and Αpplications was executed during my graduate’s studies at the Hellenic Open University and the Department of Physical Sciences and Technology on the Specialization of Secondary Educators on the Basic Scientific Concentrations of Physical Sciences. Based on my theoretical background and my studies, I attempted to merge both classical and modern theories of Physics, Chemistry and Biology to reveal their interactive role in the universe. Having always in mind that our students are expecting from us as educators at schools to present our work in a clear and easy to understand way,-the aim of this study was not to produce a piece of work in a strictly scientific way. The study contains three Basic Chapters: In the 1st Chapter there is a historical review focusing on the important dates of the reveling of the elementary particles and the experiments that leaded to them. Following this historical review, the context that leads the Scientists -through many controversial theories- to the acceptance of the Scientific Truth. In this way, there is a direct analysis of the important role of Physical Sciences in the educational procedure to transfer a knowledge -that is not always easy to understand -to a broader audience. At the 2nd Chapter there is an analysis of the properties of the elementary particles in an attempt to group them , their own specific properties , the role of the the Standard Model of particle physics is the theory describing three of the four known fundamental forces (the electromagnetic, weak, and strong interactions, and not including the gravitational force) in the universe, as well as classifying all known elementary particles. However, beyond the presentation of the already well known theories and knowledge in the area of Physics, there is an attempt to discuss the newest and more recent knowledge on the role of the elementary particles and their properties as these are being revealed 5
through the Experiment projects targeting to ‘ question’ them more and revise the Existing Theories. In addition, in this Chapter there is a specific presentation of the recent CERN experiments and the new knowledge and the questions that this new knowledge can raised. There is also an attempt to proceed with writing a «New Physics Science» . At the 3rd Chapter the role of the elementary particles in daily life activities is discussed and analyzed. This is something that both, the school community, and the majority of people are expecting from Scientists today. To provide effective solutions to daily life problems, contribute to the wellbeing and improve the quality of life. The main part of this Chapter is dedicated to Medical applications of the elementary particles and how these can help with complicate and uncured conditions in the past. There is also a discussion on the role of these elementary particles in the improvement of material in the areas of Information in Technology, Electricity, Biochemistry, and Molecular Biology. Finally, there is a discussion on the connection between and Cosmology as this cooperation with Astrophysics can reveal the truth - we ignore today- about the Universe.
ΦΥΣΙΚΗ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥΣ