在未来10年内，美国将启用一台全新的粒子加速器，有望揭示关于物质基本结构的新秘密。这台名为电子-离子对撞机（EIC）的机器将在纽约州阿普顿的布鲁克海文国家实验室设施中建造。
为了最大限度地发挥对撞机的发现潜力，我们必须现在就开始吸引和培训其工作人员。我们有一个绝佳的机会来培养一支多元化且才华横溢的团队，而这要从现在的高中生开始。通常，这些学生接触到的只是物理学最基本、最原始（也可能不太令人兴奋）的方面——17世纪量化的经典原则。学生通常必须读到研究生院才能了解物理学家今天正在研究的前沿奥秘。这种情况必须改变。
去年夏天，我开展了一个试点项目，让高中生有机会使用未来EIC的模拟数据进行实践粒子物理研究。我们的研讨会名为“让我们粉碎质子”，招募了26名在田纳西州纳什维尔度过高中第一个暑假的 students，他们已在范德比尔特大学科学与数学学院注册，该学院是范德比尔特大学和纳什维尔都会公立学校的联合项目。这个项目的基础是我在耶鲁大学为“科学之路”项目下的七名高中生协助开展的类似项目。在为期四天的课程中，学生们每天花两到三个小时做物理研究。每天开始时是半小时的讲座，然后是研究，学生们在研究中学习了Python编程语言，并运行了EIC粒子碰撞的模拟。在研讨会结束时，学生们就他们的工作进行了小组展示。使用与执业物理学家相同的工具并做相同的工作，帮助学生们练习科学思维，并感到自己属于严谨的研究领域。
关于支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您将有助于确保未来继续有关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的报道。
EIC是高中科学普及的自然选择，因为它的中心前提在不同复杂程度上都易于理解。该仪器将成为世界上技术最先进的加速器设施，它将以接近光速的速度加速电子，然后将它们与原子核碰撞，原子核的范围从质子到金核。由于电子是基本粒子——它不能分解成更小的碎片——我们所需要做的就是非常精确地测量碰撞后电子的运动。本质上，我们在碰撞后看到的所有其他东西，通过排除法，必然来自质子的分裂。这些碰撞被比作通过用锤子敲击手表以查看弹出的东西来找出手表内部的结构。通过观察大量此类碰撞，我们希望更好地理解核结构的内部细节，并发现物理学的新真理。
通过粒子对撞机物理学，参与者学习到科学的许多方面，包括动量守恒原理、基本粒子的基础知识，甚至统计学领域。在对撞机中，我们收集大量数据，希望我们寻求的罕见粒子过程会在我们庞大的数据集中某处出现。在我们的研讨会上，学生们必须预测特定物理物体（例如电子）在碰撞后的路径。一旦学生们意识到他们没有足够的数据来识别总体趋势，他们就会运行数千次模拟，并学习理解对大型数据集的需求以及如何处理他们的统计数据。
因为EIC计划在2033年启动，目前的高中生年龄正合适，可以在我们采集数据时成为在对撞机上工作的科学家和研究人员。现在让他们感到兴奋至关重要，这也是增加科学工作队伍多样性的机会。我们希望学生们将自己视为不仅是未来的科学家，而且是现在就积极为研究做出贡献的人——特别是如果他们来自历史上代表性不足的群体，包括黑人孩子、女性和 LGBTQIA+ 人士。在整个项目中，学生们与各个职业阶段的、看起来像他们的科学家合作，包括在我实验室担任研究助理的高年级高中生和范德比尔特大学的本科生和研究生，以及教授。 在范德比尔特大学成功举办第一年后，我们希望继续并扩大这个项目。我们已公开我们研讨会的所有细节，目的是向其他大学和国家实验室推广类似的课程。
我仍然记得我十年级时的高中科学展览项目。通过第一次进行真正的科学研究，我超越了课堂上教授的固定教学大纲，并探索了一些正在积极研究的问题。这成为我人生的一个关键时刻，也是我希望为其他学生提供的机会。通过现在让孩子们迷上科学，我们不仅塑造了研究的未来——我们还帮助更多人将自己视为科学家，并让他们走上在令人兴奋的基础研究领域发展的职业道路。
这是一篇观点和分析文章，作者或作者表达的观点不一定代表《大众科学》的观点。