1. INTRODUCCIÓN

La física de partículas elementales, también conocida como física de altas energías, es una rama de la física que estudia los constituyentes más elementales que conforman el universo y las interacciones que gobiernan su comportamiento. Los avances producidos en esta rama de la física en el último siglo han marcado un antes y un después en la comprensión del universo en que vivimos.

A pesar de su complejidad, la enseñanza de esta disciplina en educación secundaria puede suponer una experiencia motivadora y enriquecedora para alumnos y profesores. Es en este nivel educativo cuando se forman las bases de la educación científica de los alumnos, y es importante que se introduzcan conceptos clave de la física moderna para que estos puedan entender el mundo que los rodea de manera más completa y empiecen a sentirse familiarizados e interesados por esta disciplina tan apasionante.

A pesar de que la física de partículas es una rama atractiva y en constante evolución, su enseñanza y aprendizaje en la educación secundaria puede resultar difícil tanto para profesores como para alumnos. Es por ello que se requiere de una adecuada implementación. Este propósito supone un reto, dado que además el actual currículo de Física y Química de Educación Secundaria y primero de Bachillerato se centra en la enseñanza de la física clásica, sin dar espacio a la física moderna.

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En este trabajo se analizan los desafíos y se proponen estrategias para implementar esta disciplina de forma compatible con el currículo de estos niveles educativos.

2. DESAFÍOS EN LA ENSEÑANZA DE LA FÍSICA DE PARTÍCULAS

Uno de los primeros obstáculos para la introducción de la física de partículas es la falta de formación por parte del profesorado. La mayor parte de los profesores de Física y Química son químicos de formación y, por tanto, su formación en este ámbito es escasa.

Por otro lado, la física de altas energías se basa en teorías complejas y abstractas que pueden resultar abrumadoras, pues son poco intuitivas y están alejadas de la física clásica y tangible; conceptos como la antimateria suponen un cambio de paradigma en la forma de entender el mundo en que vivimos.

La física de altas energías está en constante evolución, lo que puede dificultar la disponibilidad de recursos educativos adecuados. Los libros de texto y materiales pueden quedar desactualizados. Por otro lado, los experimentos prácticos y las demostraciones en el aula pueden ser difíciles de poner en práctica debido a la necesidad de equipos especializados y materiales complejos.

A diferencia de la física clásica, que se puede relacionar muy fácilmente con fenómenos cotidianos, la física de partículas describe fenómenos que no se observan en la vida diaria de nuestros alumnos. Esto puede dificultar su comprensión y suponer así una falta de interés y motivación. Mostrar aplicaciones y realzar la importancia de que el ser humano conozca las bases más profundas del universo supone otro de los grandes desafíos para el profesorado.

La física de altas energías solo está presente en el currículo de Física de segundo de bachillerato, no dando opción a que los alumnos conozcan este campo en etapas previas. Como profesores, debemos dar a conocer a los alumnos esta disciplina, implementando actividades compatibles con el currículo oficial.

Superar estos desafíos requiere un enfoque pedagógico adaptado y creativo, que incluya estrategias de enseñanza activas y formación continua del profesorado. De esta forma daremos a los alumnos la oportunidad de tener una comprensión más profunda del universo.

3. ESTRATEGIAS DE IMPLEMENTACIÓN DE LA FÍSICA DE ALTAS ENERGÍAS EN LAS AULAS

El primer obstáculo a superar, es el de la falta de formación del profesorado. En la actualidad se imparten cursos de formación para profesores en el CERN en los que se les proporciona una amplia visión de esta disciplina y formas de implementarlas en las aulas. Sería adecuado ampliar la oferta de cursos de formación al profesorado, sobre todo de forma no presencial, para que esta formación sea accesible a un mayor número de docentes. Por otro lado, hoy día hay multitud de recursos en la red para formación en este campo de manera autodidacta, por lo que la falta de cursos para el profesorado no tendría por qué suponer un obstáculo insalvable.

En cuanto a la complejidad de esta rama de la física, una forma de afrontar este desafío es el de enseñarla de forma divulgativa ya en las primeras etapas de la ESO, sin necesidad de ahondar en los complejos marcos matemáticos en los que se asienta. Se puede dar a conocer a los alumnos canales de Youtube® que tratan la física de altas energías de forma accesible y con rigor.

Para que los alumnos conciban la física de altas energías como una disciplina con aplicación en la vida diaria, se les puede hacer ver sus relaciones con otras áreas de la ciencia, como la cosmología o la medicina. Por ejemplo, los grandes aceleradores de partículas como los que hay en el CERN pueden ayudar a comprender la estructura del universo. En Medicina, se utiliza la antimateria en la tomografía por emisión de positrones para detectar tumores, y la radioterapia utiliza partículas para tratar el cáncer.

3.1. IMPLEMENTAR LA FÍSICA DE PARTÍCULAS DE FORMA COMPATIBLE CON EL CURRÍCULO

El currículo de Física y Química de ESO y primer curso de Bachillerato se centra en la Física clásica, mostrando una física “acabada” en la que parece que todo es conocido y en la que no falta nada por descubrir. Introducir la física de partículas de forma compatible con el currículo oficial supone uno de los principales desafíos para el docente. A continuación, se exponen una serie de ideas:

• Uno de los bloques de contenido en Física y Química de segundo y tercero de ESO es “La materia”. Aquí se puede introducir a los alumnos los conceptos de “materia oscura y energía oscura”, haciéndoles ver que la materia ordinaria es solo el 5% de la materia conocida en el universo y que el ser humano desconoce qué es el 95% restante. Esto supone un impacto a los alumnos, se hacen preguntas, y les hace ver lo mucho que nos falta por descubrir.
• En el bloque “La materia”, también se habla de los modelos atómicos. En este bloque se puede introducir el concepto de “quark” para que los alumnos sean conscientes de que protones y neutrones no son partículas fundamentales. Esto además daría pie a hablarles cualitativamente del Modelo estándar de partículas como los ladrillos fundamentales de la materia ordinaria.
• En relación a este bloque, el currículo oficial habla del experimento de Rutherford, que en esencia es un experimento de dispersión de partículas. Se puede hilar este experimento con los actuales aceleradores de partículas como los que existen en el CERN, que permiten descubrir nuevas partículas como el bosón de Higgs. Esto puede servir para mostrar que la física está viva, pues este mecanismo se utiliza hoy día para profundizar en el estudio de la estructura de la materia.
• En el bloque de contenidos “Las fuerzas y sus efectos”, el currículo menciona únicamente las fuerzas gravitatoria, eléctrica y magnética. Se puede introducir a los alumnos de forma cualitativa las interacciones nucleares fuerte y débil y hablarles así de las cuatro interacciones fundamentales en el universo y hacerles ver la importancia de estas últimas.
• En primer curso de Bachillerato se estudia únicamente la Física clásica o “newtoniana”. Uno de los contenidos básicos que se estudian es la conservación del momento lineal; aquí el docente puede aprovechar la oportunidad para explicar que este principio fundamental de la física clásica se extrapola a los aceleradores de partículas, donde se producen choques de partículas que deben obedecer a este principio, y que gracias a este principio fundamental se han podido descubrir nuevas partículas como el bosón de Higgs. Este mismo principio junto con la existencia de la antimateria (en particular, positrones) es el que se utiliza para la detección de tumores en la tomografía por emisión de positrones. Esto despierta interés en el alumnado al ver la física de partículas como una disciplina de aplicación directa en la vida cotidiana.
• En bachillerato, antes de llegar a estudiar explícitamente la física nuclear y de partículas, se pueden tratar estos temas en los bloques de Campo electromagnético para enseñarles las aplicaciones de este campo en el diseño de los aceleradores de partículas.
• Por último, de forma transversal, se puede diseñar en las sesiones de laboratorio una cámara de niebla casera, de forma sencilla y económica, que nos permite observar las trazas que dejan partículas cargadas como los rayos cósmicos.

4. CONCLUSIONES

La enseñanza de la física de partículas puede suponer un desafío, pero con estrategias efectivas es posible transmitir los conceptos de manera clara y accesible. Al simplificar los conceptos, utilizar ejemplos cotidianos y fomentar la participación activa de los estudiantes, podemos ayudar a los alumnos a comprenderla.

Es importante destacar la relevancia de la física de partículas en nuestra comprensión del mundo que nos rodea. Al establecer conexiones con otros campos de la ciencia y resaltar las aplicaciones prácticas, el alumnado puede apreciar la importancia de la física de partículas en su entorno diario y en el avance científico.

Además, al fomentar la curiosidad, el pensamiento crítico y la investigación independiente, se brinda al alumnado la oportunidad de profundizar en el tema y desarrollar habilidades científicas, pudiendo inspirarles a explorar carreras científicas.

En última instancia, al enseñar la física de partículas proporcionamos al alumnado una base sólida para comprender la naturaleza del universo y despertar su curiosidad por los misterios del universo.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

Tuzón, P., & Solbes, J. (2014). Análisis de la enseñanza de la estructura e interacciones de la materia según la física moderna en primero de bachillerato. Didáctica de Las Ciencias Experimentales Y Sociales, 4379(28), 175–195

Moreira, M., & Ostermann, F. (2000). Física contemporánea en la escuela secundaria: una experiencia en el aula involucrando formación de profesores. Enseñanza de las ciencias: revista de investigación y experiencias didácticas, 18(3), 391–404.

Barlow, R. (2000). Particle physics: from school to university. Physics Education, 27(2), 92–95

Barradas, F (s.f.) Viaje al corazón de la materia.                                                        http://palmera.pntic.mec.es/~fbarrada/index.html

REFERENCIAS DE IMÁGENES

Imagen 1. Sección del túnel del CERN. Recuperado de https://www.istockphoto.com/es

María Ángeles Arroyo de la Cruz