九博体育研究
在弗吉尼亚州的一家意大利连锁餐厅里，一群物理学家、教师、高中生和家长刚刚结束了一天的物理训练营，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，关于人，让老师知道他们是非常重要的九博体育研究的一部分，然后他们可以把他们的热情传递给学生。”
餐厅提供的蜡笔，兰迪·鲁奇蒂，一个圣母大学的粒子物理学教授，正在绘制高能粒子的产生和衰变，并谈论夸克、胶子、质子和介子。这个话题远远超出了大多数人的理解范围，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，”弗吉尼亚州费尔法克斯的一名高中物理老师黛博拉·鲁德布什回忆起2002年的那一天。“这里有形形色色的人，还有兰迪，一位才华横溢的物理学家，坐在烤通心粉中间的桌子上，用蜡笔给这些概念涂上颜色。”
Ruchti正处于一个被一些人描述为辉煌和成功的想法中——不是关于量子色动力学，而是关于如何传播粒子物理学的兴奋。当Ruchti遇到一个所谓的“无法解决”的问题时，他有一种不可思议的技巧，可以与他人合作，悄悄地想出一个创造性的解决方案。1993年，也就是与Roudebush见面的9年前，他看到的问题是美国粒子物理九博体育研究即将消亡。
在这个发现之后，Ruchti和其他一群人一起稳定地工作了几年，在1998年完善了QuarkNet的想法，这是一个将大学水平的九博体育研究带到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，这是一种巨大的仪器，因其位于德克萨斯州而被称为“沙漠加速器”。像SSC这样的高能粒子对撞机是一种机器，它将带电粒子推进到光速的99.9999999%，将它们相互撞击，并收集大量数据，希望在碰撞后能检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，许多人不认为花更多的税款去寻找他们不理解的东西有什么意义。从1982年开始从事这个项目的物理学家失去了工作，离开了德克萨斯州的家，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九博体育研究组织（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年起就在巴黎圣母院工作，他很快就从预算削减的“苦果”中恢复过来，并将他的九博体育研究项目转移到欧洲核子九博体育研究中心和费米实验室，后者是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，但缺乏对物理学的公共投资这一社会问题一直困扰着他。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，Ruchti是一名老师——不仅是他的物理学生的老师，也是他的两个孩子的老师，他们在晚上遛狗的时候从他那里学习星座。
他默默地考虑着她的建议。他意识到，不仅要有资金支持，更重要的是要得到重视长期九博体育研究的广大公众的支持。“这很难做到，”Ruchti解释说，因为粒子物理科学涉及长期承诺，大多数人希望投资立即得到回报。“但我们所做的科学九博体育研究不是为了短期利益；这需要很长时间，如果你在五年后突然失去了资金，这是非常有害的。”
在SSC被取消后不久，Ruchti和其他几个人被邀请到弗吉尼亚州的阿灵顿，讨论科学九博体育研究的更广泛影响。两天的研讨会结束后，Ruchti在晚餐时会见了另外两位物理学家——汉普顿大学的Oliver“Keith”Baker，他现在在耶鲁大学任教，以及加州劳伦斯伯克利国家实验室的Michael Barnett——讨论了培养人们对粒子物理学兴趣的教学方法。巴尼特后来邀请了马乔里·巴丁（Marjorie Bardeen），她曾是一名中学教师，在费米实验室担任了十年的教育办公室主任，巴尼特是在能源部的实验室项目中认识她的。他们集思广益：如果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，能不能激发他们的兴趣？如果高中教师能与物理学家和其他人一起完成动手九博体育研究，那会怎么样？也许他们可以帮忙制造这些部件，甚至可以把它们安装在欧洲核子九博体育研究中心的对撞机上？如果这些老师能把他们的热情传递给他们的学生，那么在不到10年的时间里，新一代的美国粒子物理学家可能会进行他们自己的九博体育研究。
巴丁、鲁奇蒂、巴奈特和贝克组成了这个项目，并开发了首批四个旗舰QuarkNet中心，包括圣母大学的QuarkNet中心。在1998年获得美国国家科学基金会的初步资助后，他们对其进行了加强和改进。但是，如果不是16岁的学生Amy DeCelles作为学生大使与Ruchti以及其他物理学家和教师一起前往华盛顿，QuarkNet不可能在2002年的提案审查小组面前通过关键的五年资助周期审查。在Ruchti的演讲中，当一个评审小组成员断言“这听起来像是那些让学生做繁重工作的项目之一”时，Amy提出了抗议。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。她展示了一个有魅力的成年人的风度，面对小组，描述了她是如何为欧洲核子九博体育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。”
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现在是明尼苏达州圣托马斯大学（University of St. Thomas）的数学副教授，她对细节的记忆已经不那么清晰了，但她记得她在圣母大学夸克网中心（QuarkNet center）的九博体育研究，这是一个改造过的Aldi杂货店，距离学校两个街区。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。“但我也记得有一次，在餐桌旁，我发现我知道的比他们中的大多数人都多——他们表现得比女孩更自信。在QuarkNet，我灵光一闪，觉得物理或数学是我可以追求的东西。”
这个想法是由圣母大学的一位教授和其他合作者提出的，点燃了一团火焰。“这太棒了，”巴丁说，他从费米实验室退休，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、大学九博体育研究人员和高中生之间建立的关系是未来粒子物理九博体育研究的关键。”
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，除了继续在圣母大学担任教授的同时，他还兼职加入了国家科学基金会，并将QuarkNet的首席九博体育研究员职责交给了圣母大学的物理学教授米切尔·韦恩。QuarkNet由Wayne负责已经有15年了，在这个项目20年的存在中，他继续领导着这个项目。考虑到华盛顿不确定的科学资助环境，韦恩在2018年的整个夏秋两季都在工作，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。这项为期5年的425万美元奖金比过去少，但足以资助目前全国52所大学和实验室的夸克网络中心，包括约翰霍普金斯大学、赖斯大学和美国天主教大学等不同大学的设施。粒子物理实验室包括芝加哥附近的费米实验室和加州的劳伦斯伯克利国家实验室。费米实验室和巴黎圣母院是一个平等的合作伙伴，从一开始就参与了QuarkNet的想法、设计和管理。
活跃的QuarkNet中心
威廉·k·沃伦基金会理学院院长玛丽·高尔文（Mary Galvin）说：“韦恩教授不知疲倦地努力确保这笔重要的资金，使夸克网继续发展下去，我们感谢国家科学基金会继续信任这个项目的价值。”“没有QuarkNet，物理教育将会出现空白，因为高中教师、大学九博体育研究人员和高中生之间建立的关系是未来粒子物理九博体育研究的关键。”
定量衡量该项目的成功及其对美国粒子物理学的贡献是困难的，因为该项目不跟踪毕业生的职业生涯。然而，近2000名物理教师和4000多名学生参加了这个项目，每个人都从大学教授或硕士教师那里学习粒子物理的细节。九博体育研究中心根据他们的九博体育研究技能和项目有不同的重点，但教师和学生可以利用不同的机会，包括九博体育研究和“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。项目全年为那些希望参与的人提供，不同的中心提供不同级别的项目。巴黎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机构之一，他们会讨论从基本粒子到星系碰撞再到教学方法的各种话题。
位于圣母大学的QuarkNet国家教师肯·塞西尔（Ken Cecire）帮助促成了这些会议。他在弗吉尼亚州纽波特纽斯的托马斯·杰斐逊国家实验室做九博体育研究时发现了夸克网，当时他是一名物理教师。除了主持每周的聚会外，Cecire还与一个全国性的教师团队合作开发大师班，并与德国德累斯顿Technische Universität的一位同事共同协调国际大师班项目。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，塞西尔喝着咖啡，慢悠悠地走进了埃迪街夸克网络中心。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。2018年，来自64个机构的800名学生参加了这项九博体育研究，他们利用从大型强子对撞机的一个实验中获取的记录数据（以图形形式显示）来探测介子——质子碰撞时加速器中产生的不稳定基本粒子——这对寻找新物理学的发现很重要。
另一位QuarkNet国家教师Shane Wood，他在明尼苏达州，也协助大师班，研讨会计划和持续的支持。他和其他人正在九博体育研究一门关于中微子的新课程，中微子是一种基本粒子，有些人称之为物理学标准模型的“幽灵粒子”，因为它们难以探测到。中微子物理世界的中心在费米实验室，但有了大师班，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外，伍德还与新墨西哥州陶斯的艺术家艾格尼丝·查韦斯（Agnes Chavez）等几位合作者合作。这位古巴裔美国艺术家正在欧洲核子九博体育研究中心开发一个投影艺术装置，这是她在那里的一位物理学家的指导下在那里学习的结果。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。
伍德说：“在QuarkNet中，我们关注的一个问题是如何扩大我们的影响范围，使其超出对物理学感兴趣的具有一定社会经济地位的普通白人学生。”他指出，汉普顿大学（Hampton University）是一所历史上的黑人大学，在1998年成为QuarkNet的特许中心。“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。”
虽然全年都有特别的项目，但QuarkNet体验的“肉”是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。在圣母大学，每位老师每年夏天可以资助一名学生。尽管教师获得了津贴，学生过去也曾在一半的中心获得过津贴，但所有人都将被要求在2019年找到新的方式来支付学生的津贴，因为新的NSF拨款不再资助这部分。
在巴黎圣母院，包括韦恩在内的物理学家在欧洲核子九博体育研究中心从事紧凑型介子螺线管实验（CMS）的九博体育研究，大多数夏季QuarkNet活动都围绕着完成该实验的任务。去年夏天，16名学生和16名老师参加了这个项目。2018年7月，包括印第安纳州不来梅高中（Bremen High School）大四学生凯特琳·卡勒斯（Kaitlyn Cullers）在内的学生坐在长凳上，将光纤穿过明信片大小的阳极氧化金属板，并将其放入称为光学解码单元的盒子中。这些装置将光转换成可以数字化并用于识别亚原子粒子的电信号，目前正在日内瓦的大型强子对撞机的CMS实验探测器中安装。
几位教师指出，虽然老师们享受他们的专业发展时间，但与学生一起工作是这种经历中最令人兴奋的方面之一。大多数参加这个项目的学生一开始都对自己的角色感到焦虑，但随着暑期的进行，他们也逐渐成长起来。
印第安纳州米沙瓦卡玛丽安高中的老师丽贝卡·兰德尔说：“第一天，学生们都不想和彼此说话，他们都来自不同的学校，他们都非常紧张。”“但这对他们是有好处的，他们可能会在一个地方突然不再是最聪明的孩子，所以他们离开了自己的舒适区。”但每个人总有一天都会遇到这种情况，在他们生命的这个阶段，这对他们来说是件好事。”
据Ruchti说，2012年之后，人们对粒子物理学的兴趣增加了，当时大型强子对撞机的两个大型探测器发现了一种名为希格斯玻色子的粒子，填补了对物理学标准模型理解的空白。但是，尽管有很强的理论动力，但由于没有立即发现其他新粒子，人们的热情减弱了。为了寻找希格斯粒子之外的新物理，大型强子对撞机正在进行重大改造，至少需要7年才能完成，数据收集需要10年。漫长的等待意味着物理学专业需要2027年的九博体育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。
Ruchti说，对于九博体育研究人员来说，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九博体育研究申请NSF资助时，有机会引用他们工作的“更广泛的影响”。提案不仅要显示出智力和科学价值，还必须证明它们如何与更广泛的社区联系起来。这些工作包括在天文馆或博物馆主持节目，创建网站，编写教科书或在科学展览会上提供帮助。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，同时以一种切实可信的方式让其他人参与进来。
鲁奇蒂说：“九博体育研究人员可以说，作为我更广泛影响的一部分，我将举办一个暑期项目，吸引教师参与，他们将参与我正在做的科学九博体育研究……这是一种接触更多学生的方式。”
对于教师来说，QuarkNet最重要的贡献是建立了他们在高中阶段教授粒子物理这门高度复杂学科的信心。巴丁坐在费米实验室15楼的桌子上说：“可以说，这是一个往往被放在科学书末尾的主题，所以他们几乎不会在课堂上讲到这一点。”从她的桌子上可以看到6800英亩的土地，包括草原、湿地和森林，上面是一个粒子加速器综合体，现在是国际粒子物理社区中微子物理学的纽带。“当我们有暑期课程时，我们会安排休息时间，这样老师和物理学家就可以边喝咖啡边吃饼干，诺贝尔奖得主也可以和高中老师交谈。这是关于人际关系，关于人，让老师知道他们是非常重要的九博体育研究的一部分，然后他们可以把他们的热情传递给学生。”
塞西尔说，该计划未来的扩展包括让教师帮助领导不同的项目，如世界数据日等，建立中微子物理学的大师班，并继续让那些可能没有多少机会接触粒子物理学的代表性不足的群体参与进来。由于巴黎圣母院全球公司提供的额外资金，他得以访问墨西哥，以确定金字塔的位置，并携带宇宙射线探测器，以确定阿兹特克或玛雅建筑是否有隐藏的房间。2017年，另一组与夸克网无关的九博体育研究人员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。
由于QuarkNet的所有成功和扩展，巴丁和其他创始人为该计划持续了20年而感到自豪，而且还会继续下去。
“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，由基思、玛吉、迈克尔和兰迪开发的最初概念最终会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。我们为自己多年来帮助创建和领导QuarkNet而感到自豪，我们感谢圣母大学对我们努力的持续支持。”