Meta: aplicar la metodología de la investigación en la física de partículas, en una simulación.

En este experimento de laboratorio los estudiantes obtendrán experiencia práctica en "observar" objetos que no pueden ser vistos. Empleando los principios que sustentan los experimentos con aceleradores reales, los estudiantes intentarán describir de manera precisa las características de estos objetos no vistos, del mismo modo que los físicos de partículas afrontan el estudio de partículas desconocidas. Son desafiados a identificar la forma de un objeto, escondido bajo un tablero de madera, haciendo rodar "proyectiles" (canicas) contra ese objeto y observando las trayectorias deflectadas de las canicas. (Para determinar detalles más finos la actividad se puede repetir con proyectiles más pequeños

La actividad está diseñada para ayudar a los estudiantes a:

• Entender que es posible estudiar las características de objetos que no se pueden ver.
• Usar su conocimiento acerca de la reflexión en los espejos
• Entender la analogía entre este experimento y los experimentos de colisión entre partículas.

Este ejercicio emplea principios explorados por el trabajo del físico pionero Ernest Rutherford (1871-1937), entre otros; es análogo a los experimentos con aceleradores en los que se usan los resultados de colisiones para hacer inferencias acerca de objetos que no se ven.

Materiales requeridos (para cinco equipos de estudiantes):

• Cinco pedazos de telgopor o madera (de aproximadamente 20x20x2 cm), de los cuales se recortan formas como las mostradas abajo:
  
• Cinco tableros de madera (de aproximadamente 40x30 cm).
• Papel de dibujo (de al menos 20x20 cm)
• Lápices
• Canicas de varios tamaños

Coloque una forma bajo cada tablero de madera en mesas de experimentación individuales, de tal modo que no sean visibles para los estudiantes.

Haga que los estudiantes se dividan en cinco equipos para realizar este experimento. Déles a los equipos cinco minutos para identificar una forma. Ud. puede entonces hacer que cada equipo se mueva a otra mesa de experimentación, para repetir la actividad con una segunda forma.

Respuestas:

1. Sí. A medida que los estudiantes se hacen expertos en usar las canicas para identificar las formas, ellos también pueden determinar el tamaño aproximado de cada objeto.

2. Se pueden usar proyectiles más pequeños para obtener detalles finos tales como muescas.

3. Las conclusiones se pueden verificar repitiendo las pruebas y comparando los resultados con los de los otros grupos; ambos pasos son importantes en los experimentos reales.

Actividades de refuerzo:

1. Haga que un grupo de estudiantes desarrolle un informe sobre la historia de los experimentos de Geiger-Marsden-Rutherford que los llevaron a la idea del núcleo en los comienzos del siglo XX.

2. Un segundo grupo puede investigar el trabajo por el cual Kendall, Friedman y Taylor ganaron el premio Nobel 1990 y en el que se verificó la estructura de quarks dentro de los protones y neutrones.

3. Muchos experimentos en física de partículas involucran colisiones inelásticas en las que los objetos a la salida no son los mismos que los objetos que inicialmente colisionan. Para simular las colisiones inelásticas, repita el experimento usando un grupo de tres o cuatro canicas magnéticas en lugar de la forma oculta. Use como proyectiles canicas comunes o bien magnéticas. Haga que los estudiantes discutan sobre lo que pueden averiguar acerca del blanco escondido en este caso.