Visitas Virtuais aos Experimentos ATLAS e CMS, do LHC, no CERN: a tecnologia levando alunos aos maiores experimentos da atualidade

## Visitas Virtuais aos Experimentos ATLAS e CMS, do LHC, no CERN: a tecnologia levando estudantes e professores aos maiores experimentos da atualidade

M. Begalli , S. Fonseca de Souza , F. Silva , J. M. Seixas , A. Guedes , R. Lisboa , A. Albino Jr. , M. G. F. N. 1 1 1 2 3 3 4 Albino , D. Oliveira Damazio 4 5 , M. Donadelli , M. A. Lisboa Leite 6 6

1 Instituto de Física - UERJ, COPPE - UFRJ, Escola de Ciência e Tecnologia - UFRN, IFRN, 2 3 4

5 Brookhaven National Laboratory (BNL, Estados Unidos), Instituto de Física - USP 6

marcia.begalli@gmail.com, andersongguedes@yahoo.com.br, amadeu.albino@ifrn.edu, gloriaalbino@gmail.com, ronailsb@ect.ufrn.br, malleite@gmail.com, marisilvia.donadelli@gmail.com, felipe.silva@cern.ch , sandro.fonseca@cern.ch, seixas@lps.ufrj.br

## Resumo

Os avanços tecnológicos em informação e comunicação deram origem a usos inovadores da internet como meio de comunicação global, levando programas educacionais e de divulgação científica a um nível internacional. Como exemplo, os programas de Visitas Virtuais ao Experimento ATLAS e de Visitas Virtuais ao Experimento CMS, do Grande Colisor de Hádrons (LHC), no CERN (European Organization for Nuclear Research), usam videoconferências para se comunicar e conectar remotamente com professores e estudantes de escolas de ensino médio e fundamental e demais pessoas interessadas em todo o mundo. O objetivo desses programas é possibilitar ao público, especialmente os jovens, o acesso à informação científica para que possam compreender a metodologia de trabalho em pesquisa em física de partículas por meio do diálogo com cientistas dos experimentos ATLAS e/ou CMS presentes no CERN. Relatamos aqui uma visão geral dos aspectos educacionais, técnicos e organizacionais das visitas virtuais realizadas no Brasil, especialmente no Rio de Janeiro e no Rio Grande do Norte, com seu valor agregado único. Também apresentamos o feedback coletado dos participantes, seguido de recomendações para o futuro desenvolvimento previsto para a criação de ferramentas sustentáveis.

Palavras chave: Visitas Virtuais, LHC/CERN, Física Moderna e Contemporânea

## Introdução

Os avanços tecnológicos em informação e comunicação deram origem a usos inovadores da internet para como meio de comunicação global, levando programas educacionais e de divulgação científica a um nível internacional. Como exemplo, os programas de Visitas Virtuais ao Experimento ATLAS e de Visitas Virtuais ao Experimento CMS, do Grande Colisor de Hádrons (LHC), no CERN [1], usam videoconferências para se comunicar e conectar remotamente com professores e estudantes de escolas de ensino médio e fundamental e demais pessoas interessadas em todo o mundo. O objetivo desses programas é possibilitar permitir o acesso à informação científica ao público, especialmente os jovens, para que possam compreender a metodologia de trabalho em pesquisa em física de partículas através do diálogo com cientistas dos experimentos ATLAS [2] e/ou CMS [3] presentes no CERN. Esse contato remoto, estabelecido graças aos avanços tecnológicos e barateamento do acesso às tecnologias voltadas para difusão de som e imagem por meio da internet tem uma grande importância como elemento motivacional. Permite que mais pessoas entrem em contato com o mundo da ciência básica, da física, da computação, da engenharia e, mais especificamente, da física de partículas. Como efeito, pode despertar e/ou aguçar o interesse por áreas científicas e tecnológicas. Até o momento as visitas virtuais de ambos

experimentos já difundiram suas pesquisas por todos os continentes e com a participação de milhares de pessoas em locais como, por exemplo, Catmandu, Rio de Janeiro, Gana, Riade e até mesmo do Polo Sul.

Relatamos aqui uma visão geral dos aspectos educacionais, técnicos e organizacionais das visitas virtuais realizadas no Rio de Janeiro e no Rio Grande do Norte, com seu valor agregado único. Também apresentamos o feedback coletado dos participantes, seguido de recomendações para o futuro desenvolvimento previsto para a criação de ferramentas sustentáveis.

## Visitas Virtuais

As Visitas Virtuais são conversas ao vivo com transmissão via internet, que conectam o público de todo o mundo, em sua maioria professores e seus alunos, com cientistas do CERN. Essas conexões são possíveis devido a maior disponibilidade de sistemas de videoconferência, oferecendo novas oportunidades e práticas inovadoras que podem ser utilizadas no ensino de física.

Elas permitem que os participantes tenham acesso remoto às instalações do CERN, e aprendam como os detectores que formam os Experimentos ATLAS e CMS foram construídos e como os pesquisadores envolvidos nesses experimentos colaboram entre si e operam esses detectores. A primeira Visita Virtual realizada pelo CERN (visita virtual piloto) ocorreu em 6 de outubro de 2003, quando 200 estudantes de escolas em toda a Irlanda interagiram com físicos no CERN. Durante a transmissão os estudantes puderam interagir com os cientistas que informaram e esclareceram suas dúvidas sobre a pesquisa em física de altas energias [4]. A partir daí, os Experimentos ATLAS e CMS estabelecerem as Visitas Virtuais [5-6] como um de seus projetos principais, com o objetivo de levar a ciência a estudantes e ao público em geral em todo o mundo, e de inspirá-los a estabelecer um diálogo com pesquisadores de ambas as colaborações.

A cada ano, cerca de 45.000 pessoas visitam os Experimentos ATLAS e CMS presencialmente. As Visitas Virtuais estendem esta experiência a milhares de pessoas em todo o mundo, que não podem visitar o CERN in loco. A fim de ilustração, a figura 1 mostra os locais onde as Visitas Virtuais ocorreram até 2015.

Figura 1: Mapa mundi mostrando os locais que se conectaram com o CERN para Visitas Virtuais. Em verde: Visitas Virtuais ao experimento ATLAS (novembro/2010 a julho/2015). Vermelho: Visitas Virtuais ao experimento CMS (setembro/2014 a julho/2015). [9]

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No Brasil, as Visitas Virtuais ao Experimento ATLAS são realizadas desde 2012, quando as primeiras foram feitas no CEFET do Rio de Janeiro, na Semana de Ciência e Tecnologia de Salvador, e em Natal, no IFRN, que hoje integra as atividades desenvolvidas no Projeto de Extensão denominado 'Inclusão Científica: do Conhecimento à Divulgação da Física de Partículas'. Desde 2014, elas fazem parte do programa de visitação escolar promovido pela COPPE-UFRJ, com duração de uma tarde (13h30min às 17h). Escolas interessadas podem agendar essas visitas através do site www.espaco.coppe.ufrj.br. Para as escolas públicas do Rio de Janeiro, e cidades da região, é oferecido transporte e um lanche após a Visita Virtual. As visitas podem ser feitas às terças, quartas e quintas-feiras. Quartas-feiras são dedicadas às visitas de escolas particulares, nas quintas-feiras dada preferência às escolas que participam de projetos do grupo brasileiro no experimento ATLAS. Um pequeno auditório com com computador conectado à internet, data show, tela de projeção, chamado Tenda, é dedicado às visitas virtuais. Várias escolas, institutos federais e universidades já participaram das Visitas Virtuais ao Experimento ATLAS, como Florinópolis, Maceió, Campo Grande, Tatuí, Nilópolis, Duque de Caxias, Nova Iguaçu, Fortaleza, Barra do Piraí, São José (de SC), Eunápolis, Guaratinguetá, Blumenau, Campos, A agenda para o segundo semestre de 2018, na COPPE, já tem 10 (dez) visitas reservadas pelas escolas. No primeiro semestre foram realizadas 23 (vinte e três). Vale lembrar que o grupo do Laboratório de Processamento de Sinais, LPS, da COPPE-UFRJ, participa do Experimento ATLAS. Em 2017, uma Visita Virtual ao Experimento ATLAS foi realizada durante a Campus Party Bahia, na Arena Fonte Nova, o maior evento tecnológico do país e em Maceió, tivemos uma Visita Virtual na reunião anual da SBPC deste ano (2018). As visitas virtuais ao ATLAS também podem ser realizadas nas escolas que assim o desejarem, desde que possuam uma conexão estável com a internet.

Um físico ou engenheiro, membro da colaboração ATLAS, ministra uma palestra introdutória sobre o experimento, seus detectores e os principais tópicos de física estudados, com uma duração de aproximadamente 40 (quarenta) minutos seguida de perguntas. A conexão remota é feita e no CERN, outro membro da colaboração ATLAS apresenta algumas partes dos detectores que formam o experimento, a sala de tomada de dados, explica o dia a dia do experimento, responde a várias perguntas dos participantes (alunos, professores, público em geral). O ATLAS tem áreas reservadas para visitações públicas in loco. Uma delas tem uso prioritário para as visitas virtuais. No CERN, o Prof. Dr. Denis Oliveira Damazio faz a conexão, apresenta o Experimento, responde as perguntas. Ele é engenheiro, dedicado ao calorímetro eletromagnético, e está permanentemente no CERN. Outros membros do grupo brasileiro da colaboração ATLAS também participam, quando estão no CERN. Aqui no Brasil, as palestras introdutórias são normalmente ministradas pelos Profs. Drs. José Manoel de Seixas (COPPE-UFRJ), Marcia Begalli (UERJ), Marco Lisboa (USP), Marisilvia Donadelli (USP). Profs. de outras universidades e/ou institutos federais que não são membros da colaboração ATLAS mas participam de projetos de Divulgação Científica e Ensino de Física Moderna e Contemporânea com membros da colaboração, também realizam as palestras introdutórias. Esse é o caso do Profs. Amadeu Albino Jr. (IFRN), Ronai Machado Lisbôa (UFRN) e Anderson Guimarães Guedes (UFRN). A figura 2 mostra a imagem da palestra introdutória 'O Universo das Partículas: Desvendando o LHC e o Experimento ATLAS' apresentada pelos professores Amadeu Albino e Anderson Guedes realizada 1 (uma) hora antes da Visita Virtual ao Experimento ATLAS em outubro de 2012.

Até o momento, aproximadamente 3.000 (três mil) alunos, professores e pessoas interessadas participaram, no Brasil, das Visitas Virtuais ao Experimento ATLAS. As figuras 3 e 4 mostram imagens da Visita Virtual ao Experimento ATLAS realizada em 2012 no IFRN, Campus Natal-Central e guiada pelos Profs. Amadeu Albino Jr. (IFRN) e Anderson Guimarães Guedes (ECT-UFRN).

Figura 2: Foto da Palestra introdutória apresentada pelos professores Amadeu Albino e Anderson Guedes para a realização da Visita Virtual ao Experimento ATLAS realizada em 2012 no IFRN, Campus Natal Central.

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Figura 3 : Público da Visita Virtual ao Experimento ATLAS realizada em outubro de 2012 no IFRN Campus Natal Central

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Figura 4: Momento de interação com os pesquisadores do ATLAS/CERN durante a Visita Virtual ao Experimento ATLAS realizada em outubro de 2012 no IFRN Campus Natal Central

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A primeira Visita Virtual do CMS aconteceu no segundo semestre de 2011 com a participação de estudantes de ensino médio da Oveges School, da Hungria. Devido à parada técnica que permitiu acesso à caverna onde está instalado o detector, os estudantes puderam conhecer o detector CMS remotamente e também conversar com cientistas húngaros que participam da colaboração CMS e que estavam no local, a cerca de 100 metros de profundidade. Desde então, um crescente número de participantes, predominantemente alunos de escolas localizadas em diversas partes do mundo, tiveram a oportunidade de visitar virtualmente o experimento CMS [5]. Alguns exemplos de destaque incluem Visitas Virtuais em nível internacional conectando escolas de nível médio da Grécia e dos Estados Unidos ao detector CMS e ao observatório de neutrinos IceCube na Antártica [6]. Com base nesta experiência e em subsequentes melhorias técnicas e organizacionais, as Visitas Virtuais foram oficialmente lançadas em setembro de 2014.[7] Um ano depois, 73 Visitas Virtuais foram organizadas com a participação de quase 8.000 pessoas de 21 países.

Durante o período compreendido entre setembro de 2014 e outubro de 2017, o Experimento CMS realizou Visitas Virtuais para 24.746 participantes de 40 países, localizados em 166 cidades ao redor do mundo. No ranking de países que mais realizaram Visitas Virtuais ao Experimento CMS no período, a liderança fica com a Grécia e a Hungria, sendo que o Brasil figura na 13a posição, com um total de 514 participantes [8]. Da mesma forma que no ATLAS, as Visitas Virtuais ao CMS contam com a presença de um físico brasileiro que esteja no CERN e que apresenta o experimento conectado no local onde está o CMS. A figura 6 mostra um exemplo de visita virtual ao experimento CMS, conduzido no CERN pelo Prof. Dr. Sandro Fonseca de Souza (UERJ), que durante uma hora explicou o Experimento, seus detectores, a física que se estuda com eles, e respondeu a várias perguntas dos participantes.

Em março de 2016, durante o IX Congreso Internacional Didácticas de las Ciencias y en el XV Taller Internacional sobre la Enseñanza de la Física realizado na cidade de Havana/Cuba, os professores Amadeu Albino Jr. (IFRN) e Anderson Guedes (ECT/UFRN), juntamente com o Prof. Denis Damazio (ATLAS/CERN) e em parceria com a Sociedade Cubana de Física, realizaram a

primeira Visita Virtual ao Experimento ATLAS em solo cubano. O evento teve grande repercussão na comunidade científica que participava do Congresso e foi destaque durante a cerimônia de encerramento. A figura 5 mostra uma foto da visita virtual realizada.

Figura 5: Visita Virtual ao Experimento Atlas realizada em março de 2016 na cidade de Havana/Cuba com professores de Física cubanos.

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Normalmente, as Visitas Virtuais consistem no primeiro contato que os estudantes, seus professores e interessados em geral, tem com o CERN e a física de altas energias. Esse contato pode ser aprofundado através de projetos de divulgação como o 'IPPOG Masterclasses - Trabalhando com Física de Altas Energias' , um evento promovido pelo International Particle Physics Outreach Group (IPPOG), ou Grupo Internacional para Divulgação Científica em Física de Partículas elementares. Esse projeto é direcionado aos alunos do Ensino Médio e iniciantes dos cursos de graduação de qualquer área de conhecimento, bem como para seus professores. Esse evento aqui realizado no Brasil é todo em português e é aberto a todo e qualquer interessado. Consiste em apresentar e explicar aos participantes os conceitos de Física de Altas Energias, de forma introdutória, os princípios de detecção e análise de eventos, resultantes das colisões próton-próton. As atividades desenvolvidas durante o evento permitem que os participantes levando-os a ter tenham contato com eventos reais registrados pelos experimentos do LHC, no CERN.

O IPPOGMasterclasses [11] permite aos que os participantes tenham acesso ao ambiente de pesquisa em Física de Altas Energias. Ao mesmo tempo, eles aprendem sobre o mundo das partículas subatômicas através de apresentações que são elaboradas de modo que os temas abordados sejam acessíveis aos não especialistas nessa área. As palestras e exercícios incluem também uma visão panorâmica sobre o funcionamento do LHC. Cientistas de mais de 200 universidades e laboratórios de pesquisa proporcionam aos estudantes e professores a oportunidade de acompanhar de perto o trabalho dos Físicos de Altas Energias. ajudando a desvendar os segredos das partículas elementares e suas interações. Em 2018, o número de participantes já superou 13.000 participantes.

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Figura 6: Fotos de uma Visita Virtual ao Experimento CMS, dirigida pelo Prof. Dr. Sandro Fonseca de Souza (UERJ), no CERN, no ponto onde está localizado o CMS [10].

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## Equipamento Necessário

A infra-estrutura de comunicação do CERN permite que as conexões sejam alcançadas viabilizadas empregando uma combinação de videoconferência baseada na internet [12]: webcasting e hardware de áudio e vídeo. As instituições participantes precisam de uma configuração que consiste em um computador, internet, projetor de vídeo / tela de TV, microfone e um software de videoconferência que é simples de instalar. Além disso, outros softwares, como o Skype ou o Google Hangouts, podem ser usados. Este último foi usado anteriormente para a série "Hangout With CERN' [13].

Existem algumas pequenas diferenças na maneira como ambos os experimentos lidam com o lado técnico da visitas virtuais Explicações detalhadas da tecnologia empregada para visitas virtuais do ATLAS podem ser encontradas em [14] e para o CMS em [15].

## Feedback das Visitas Virtuais

Entrevistas informais realizadas com participantes locais mostraram que mais de 90% declararam satisfação geral com as visitas virtuais, e aproximadamente 5% não tecem nenhum comentário sobre a visita. Essas entrevistas são conduzidas por alunos que auxiliam nas visitas virtuais. Eles conversam com os participantes, anotam suas sugestões e críticas, relatam sua satisfação (ou não). Além disso, todos os professores participantes declararam que as visitas virtuais aumentaram o interesse dos alunos em Ciência, Tecnologia, Engenharia e Matemática, áreas essas denominadas STEM (Science, Tecnology, Engeneer, Mathematics), frequentemente mencionados nos esforços globais para incentivar os jovens a seguir essas carreiras profissionais.

## Algumas declarações dos alunos:

' Esta maneira de ganhar conhecimento é muito mais atraente e interessante, porque permite obter informações diretamente dos cientistas do CERN sobre como um dos mais importantes laboratórios na Europa funciona '.

- ' As pessoas por aqui estão agora focadas em física de partículas, missão cumprida! '
- " O que me surpreendeu hoje é que eu não sabia que as pessoas estavam tentando encontrar a resposta sobre como o universo foi feito '.
- ' E agora, como continuamos nisso? O que é preciso para participar do experimento ?' (comentário recorrente feito por ~25% dos participantes, nas visitas feitas na COPPE)
- ' Você não vai parar agora com esses assuntos super interessantes, certo? Continuamos amanhã, a que horas ?'. (visita virtual ao experimento ATLAS, realizada na UERJ, caloura do curso de Física, 2016)

O projeto das visitas virtuais do experimento ATLAS recebeu o 'Best Online Event' oferecido pela premiação em Comunicação Digital ( Digital Communication Awards ) [16], em 2013, e foi finalista na Premiação Européia de Excelência ( European Excellence Award ) [17], em 2014.

## Conclusão

O LHC está em sua segunda fase de coleta de dados, operando na energia de centro de massa de 13 TeV. A divulgação das atividades de pesquisa de forma acessível a todos os

interessados, o contato direto com os físicos e engenheiros envolvidos nos experimentos tem sido uma importante estratégia para aumentar o interesse dos jovens nas áreas STEM. Também tem contribuído para a capacitação de professores do Ensino Médio e sua instrumentação didática, para que possam abordar conceitos de Física Moderna e Contemporânea em sala de aula..

O principal objetivo das visitas virtuais é levar conhecimento científico de fronteira a todos os cidadãos, não importando a nacionalidade, crenças e etnias, isto é, trazer a emoção da pesquisa do LHC para os alunos e para o público em geral, fornecendo subsídios básicos de educação científica para que possam participar dos debates que envolvam discussões em sua comunidade sobre desenvolvimento científico e tecnológico e a busca incessante da humanidade em saber do que somos feitos. O aumento das solicitações das escolas para participar das visitas virtuais retrata o sucesso das mesmas, facilitando o intercâmbio entre os cientistas brasileiros participantes dos experimentos ATLAS e CMS com a sociedade local, fornecendo uma contrapartida social através do acesso à informação científica de fronteira, contribuindo para que todos os cidadãos de nosso país tenham uma melhor compreensão sobre o trabalho do cientista e sua relevância para o desenvolvimento cientifico e tecnológico e, consequentemente, bem estar social.

## Referências

- [1] http://atlas.cern/tags/virtual-visits

ATLAS Virtual Visits website: http://cern.ch/atlas-virtual-visit

CMS Virtual Visits website: www.cern.ch/cms/content/virtual-visits

- [2] The ATLAS Experiment on the Large Hadron Collider at CERN: http://atlas.ch/
- [3] The CMS Experiment on the Large Hadron Collider at CERN: www.cern.ch/cms
- [4] 200 Irish students at CERN - virtually!: https://cds.cern.ch/record/676868?ln=en
- [5] Hoch, A. &amp; Alexopoulos, A. (2014). ART@CMS and SCIENCE&amp;ART@SCHOOL: Novel Education and Communication Channels for Particle Physics. In Astroparticle, Particle, Space Physics and Detectors for Physics Applications-Proceedings of the 14th ICATPP Conference (Vol.1, pp. 728-736)
- [6] Example of CMS Virtual Visits with IceCube (joint ATLAS/CMS Virtual Visit): http://home.web.cern.ch/students-educators/updates/2014/01/cern-connects-icecube-bring-scienceschools

[7] CMS open for Virtual Visits, from your school, science festival or exhibition centre: http://cylindricalonion.web.cern.ch/blog/201411/cms-open-virtual-visits-your-school-sciencefestival-or-exhibition-centre

- [8] Lapka M., Apresentação para o grupo de comunicação do experimento CMS: https://indico.cern.ch/event/700455/contributions/2873656/attachments/1596704/2530270/CMSCo mmsFeb2018.pdf
- [9] ATLAS and CMS Virtual Visits Lapka M.,ATLAS and CMS Virtual Visits: Bringing Cutting Edge Science into the Classroom and Beyond, PoS(EPS-HEP2015)349, https://pos.sissa.it/234/349/pdf
- [10] https://indico.cern.ch/event/656055/page/11208-pictures
- [11] LHC master classes in physics: http://physicsmasterclasses.org/index.php?cat=physics
- [12] Vidyo: IP-based video conferencing software: http://www.vidyo.com

[13] Hangout with CERN: Reaching the Public with the Collaborative Tools of Social Media, S. Goldfarb, K. Kahle, A. Rao, CHEP 2012, J. Phys.: Conf. Ser. 513 062019

[14] ATLAS Virtual Visits: Bringing the World into the ATLAS Control Room, S. Goldfarb, CHEP 2012,J. Phys.: Conf. Ser. 396 062008

[15] CMS Virtual Visits equipment is described here: https://indico.cern.ch/event/437672/contribution/1/attachments/1137562/1628337/VirtualVisitEquipments\_2015.pdf

[16] Digital Communication Awards, hosted by Quadriga University of Applied Sciences:

http://www.digital-awards.eu (Award in 2013)

[17] The European Excellence Awards for leaders in Public Relations: http://www.excellence-awards.eu (Finalist in 2014)