Введение


Данный интернет портал есть важнейшая часть нового научно-образовательного проекта, ставящего своей целью создание распределенной установки для исследования космических лучей (РУСАЛКА) и проведения с её помощью фундаментальных научных исследований с широким участием посетителей Интернета.

Инициаторы проекта принадлежат к той части общества, которая убеждена, что основной долговременный капитал нации в современном мире – это не столько уровень запасов природных ресурсов или мощь армии, сколько уровень образования населения. Этот уровень должен иметь определенную оптимальную структуру. Не может 100% образованных людей быть специалистами в инновациях или нанотехнологиях, не говоря уже о финансистах или юристах! Общество здорово и имеет стабильные перспективы развития только в том случае, если структура образования квалифицированной части этого общества включает в себя всю сумму современных знаний – от фундаментальных наук до чисто прикладных или потребительских.

Интерес и, как следствие, уровень понимания и поддержки фундаментальных наук в обществе уменьшается. Это плохая и опасная тенденция. Не надо забывать, что абсолютно все, что окружает и используется современным человеком - было когда-то предметом исследования Фундаментальной Науки. Одна из ключевых проблем в этой области - все возрастающий разрыв между объектами исследования современной науки и уровнем информированности общества, а также содержанием курсов преподавания в школах/ВУЗах.

Этот разрыв есть следствие возрастающей сложности как экспериментальной базы современной науки, так и её теоретической интерпретации. Какие опыты демонстрируются в наше время на уроках физики? В подавляющем большинстве это опыты, бывшие предметом научных исследований много лет тому назад. И это понятно – трудно принести в школу ускоритель или ТАКОМАК.

Рассматриваемый проект - это попытка предложить решение этой проблемы путем создания интернет-проекта на базе реального эксперимента в области исследования космических лучей с возможностью активного участия в анализе непрерывно накапливаемых в ходе эксперимента данных любого заинтересовавшегося посетителя Интернета.

Проект был задуман и начал реализовываться энтузиазмом сотрудников Лаборатории Ядерных Проблем им.В.П.Джелепова Объединенного Института Ядерных Исследований (г.Дубна). Первый кластер, состоящий из 11 рабочих станций, также размещен в зданиях Института.

Официального статуса проект "Ливни Знаний" пока не имеет.

У проекта есть две основные составляющие - образовательная и научная. Основная задача первого этапа - развитие мотивированного интереса посетителей Интернета (в первую очередь, конечно, учащихся) к Физике и, как следствие, повышение уровня знаний фундаментальных естественных наук (астрономии, физики, математики и информатики) в обществе вообще и в ВУЗах и в школах, в частности.

Космические лучи дают возможность проведения реальных и вполне понятных исследований в области науки, являющейся и по сей день источником интереснейших данных и через это «окошко» показать «живьем» целый ряд направлений поиска современной фундаментальной науки! Аналогичные по замыслу проекты, опирающиеся на результаты современных экспериментов, существуют существуют, но, на наш взгляд, уступают данному проекту из-за сложностей научной мотивации и технической насыщенности экспериментальной установки. По нашему мнению, объяснить слабо подготовленному новичку, что такое бозон Хиггса или супер симметричная частица значительно сложнее, чем рассказать про комические лучи, которые сыпятся на Землю из Космоса постоянно.

Начиная с 1996 года, в мире рассматриваются (и с переменным успехом реализуются) проекты широкого привлечения учащихся старших классов и студентов к актуальным научным исследованиям путем создания Распределенного Детектора для Исследования Широких Атмосферных Ливней. (см. Подробный список проектов)

Основное отличие предлагаемого нами проекта от всех предшествующих состоит в следующем: в нем не предполагается размещение детектирующих станций в школах. Отказ от обязательного размещения детекторов в школах дает ряд существенных преимуществ. Во-первых, как показало математическое моделирование, наиболее разумно группировать детектирующие станции в кластеры из 5-7 отдельных станций, располагаемых равномерно по площади на расстоянии нескольких сотен метров друг от друга. Привязываясь к школам практически невозможно обеспечить это условие. Размещение станций в школах порождает рад ненужных дополнительных трудностей, связанных с сохранностью детекторов, обеспечением их круглосуточной работы и так далее. Переход от “школьной” к “кластерной” структуре с обеспечением интернет-доступа к полученным данным существенно расширяет круг потенциальных участников от ограниченного числа учащихся школ, непосредственно вовлеченных в проект, до любого заинтересованного, имеющего доступ в Интернет посетителя.

Таким образом, проект распадается на несколько частей. Прежде всего, силами специалистов-физиков создается и обслуживается распределенная установка с сотовой структурой. Под "сотовостью" подразумевается, что установка состоит из ряда максимально простых рабочих станций для регистрации космических частиц. Станции группируются в кластеры из 5-7 станций каждый. Число станций/кластеров может неограниченно наращиваться в ходе выполнения проекта.

Отдельная рабочая станция "РУСАЛКА" (подробнее здесь) состоит из двух сцинтилляционных счетчиков, приемника системы глобального позиционирования GPS или ГЛОНАС и электронного блока для формирования и ввода данных в компьютер, имеющий доступ в интернет.

Доступ к данным, непрерывно получаемым на такой установке, позволяет всем желающим с первого момента присоединения к проекту принять участие в исследовании свойств космических лучей и, что не менее существенно, через это знакомиться с самыми современными научными и практическими задачами – начиная от гипотез развития Вселенной и кончая способами обработки и передачи данных через интернет. Список научных и технических вопросов, имеющих отношение к данной тематике, как можно себе представить, необыкновенно обширен, но не является предметом данного введения. Перечень исследований, в которых участник сможет принять участие и который, безусловно, будет пополняться см.здесь.

Второй принципиальный момент заключен в сотовой структуре возникающей установки. Наличие в комплекте аппаратуры приемника системы глобального позиционирования, знакомого широкой публике как устройства навигации – то есть непрерывного определения географических координат этого приемника, имеет вторую, ключевую для данной идеи, особенность – возможность точного (не хуже 50-100 нсек) определения абсолютного времени появления исследуемого события. А это значит, что зарегистрированное в данной рабочей станции событие имеет точную абсолютную временную отметку и может по этому параметру (например, требование одновременности или определенной временной последовательности появления сигналов), анализироваться совместно со всеми другими данными, получаемыми в установке. Установив связь с аналогичными проектами уже действующими в других странах, можно установить факт временного совпадения событий, зарегистрированных в Дубне и, например, в Праге или Турине.

Необходимо подчеркнуть ещё один ключевой момент – установка становится источником крайне полезной для обучения информации с момента запуска первых нескольких станций, но запуск каждой новой станции увеличивает научную значимость этих работ и, в перспективе, при широком распространении проекта ( N > 100 станций) данный проект может привести к созданию глобального супер-детектора для исследования суперзагадочных и суперредких ливней от космических частиц сверхвысоких энергий ( > 1019эВ) на уровне лучших мировых установок.

Очевидно, что проект должен сопровождаться также сопутствующей поддержкой: - развитием интернет контактов участников со специалистами-физиками, развитием учебно-методической базы проекта, изданием плакатов для учебных учреждений с красочным изложением основных физических понятий, имеющих отношение к проекту и многое другое.

Аналогичные по замыслу проекты стартовали, как минимум, в 16 странах, но ожидаемого широкого распространения большинство начинаний не получило. Причина этого, на наш взгляд, в ряде ошибок (вызванных отсутствием достаточного опыта, неизбежного для всех пионерских начинаний), перечисленных выше, которых мы постарались избежать.

По нашим данным, в России подобный проект пока не рассматривался.