Virtual Immersions in Science:the Outreach Project of the SNS

“Science outreach: a chance for development. Perspectives

in Italy and China”Pisa, November 4th – 5th 2015

•  VIS (Virtual Immersions in Science) is the science outreach program of the Scuola Normale Superiore.

•  Science outreach, also called Education and Public Outreach or simply Public outreach, is an umbrella term for a variety of activities by research institutes, universities, and institutions such as science museums, aimed at promoting public awareness (and understanding) of science and making informal contributions to science education.

VIS is…

What?

viral poisonous info

Opening a channel between researchers and the general public

Why?

•  Aim of VIS is the diffusion of technical-scientific knowledge among the general public and high school students (Italy lags behind in the EU). Not only because it’s good but also because it’s ethically right.

budget for research

research without

immediate returns

research with

immediate returns

•  The general public feels involved in �scientific progress and understands �WHAT research is and WHY it’s important.

•  A positive public opinion can strongly support research.

The SNS

Where?

•  The Scuola Normale Superiore (SNS) represents the pinnacle of italian academic excellence and is among the world top institutes. The Academic Ranking of World Universities (ARWU) in 2013 by Shanghai’s Jiao Tong University shows SNS to be top 5 in the world in the rankings normalized by size, and first in Europe. The other four are Caltech, Harvard, Princeton, MIT.

The Web

•  The location for most of VIS activities is the World Wide Web, as the website http://vis.sns.it is accessed daily by hundreds of visitors. Plus strong usage of social networks like facebook and twitter.

•  Scientific team Area Archaeology and Ancient History �Scientific Area Coordinator: Carmine Ampolo, Cecilia Parra; PhDs: Agata Abate, Oriana Cannistraci, Riccardo Olivito.

•  Scientific team Area Biophysics �SAC: Gian Michele Ratto. PhDs: Sebastian Sulis-Sato, Francesco Trovato, Enrico Pracucci, Marco Brondi.

•  Scientific team Area Chemistry �SAC: Vincenzo Barone; PhDs: Matteo Piccardo, Danilo di Maio, Danilo Calderini.

•  Scientific team Area Cosmology�SAC: Andrea Ferrara; PhDs: Livia Vallini, Fabio Pacucci.

•  Scientific team Area Particle Physics �SAC: Luigi Rolandi; PhDs: Silvio Donato, Pietro Marino, Marco Venturini.

•  Scientific team Area Modern and Contemporary History �SAC: Daniele Menozzi; PhDs: Matteo Caponi, Marco Iacovella.

Who?VIS director: Andrea Ferrara.

VIS coordinator: Marcos Valdes.DreamsLab director: Vincenzo Barone.

Technical assistance: Michele Fiaschi, Andrea Freccioni, Mario Ventrelli.External relations and press office: Elisa Guidi, Andrea Pantani.

DreamsLab staff: Niccolò Albertini, Daniele Licari, Andrea Salvadori.SNS library and archive staff: Claudio Ciociola, Enrico Martellini, Arianna Andrei, Maddalena Taglioli.

VIS Contributors: Claudia Cristalli, Alice Dell’Acqua, Elisabetta Lombardo, Clarissa Bartali, Elena Floris, Sofia Wallisch.SNS students – 145 hours collaboration: Gianluca Grilletti, Giorgio Domenichini.

GABRIELE BECCARIA

Universo puòaspettare, i colle-ghi no. Oggi po-meriggio AdrianoFontana raccon-

terà la vita di corsa del cosmo-logo.

114 miliardi di vita dell'Uni-verso sono tanti, una minieradi informazioni fossili e dati inevoluzione, ma a mettere lemani su quel tesoro sono or-mai tra 20 mila e 30 mila fisici,più di quanti abbiamo mai la-vorato sulla Terra dalla nasci-ta della disciplina, quattro se-coli fa: raggruppati in team,ciascuno a caccia di fondi escoperte, scatenato nella cor-sa all'articolo sulla rivistascientifica che garantisca fa-ma e generi ulteriori finanzia-menti. Una spirale che, a diffe-renza di quella visibile dellegalassie, non ha alcuna fineidentificabile.

Fontana parla di questa fre-nesia con ironia, definendola«le nostre storie minori». Lemetterà in scena in una lezionediversa dal solito alla ScuolaNormale di Pisa: partecipa in-fatti a «Virtual immersions inscience», il programma cheapre un po' di spiragli sulla vitaprofessionale degli scienziati,svelando co-me lavorano,sognano e so-prattutto fati-cano. Oltrebanalità e ste-reotipi.

Co-autoredella scopertadella galassiapiù lontanamai osservata- a 13,1 miliardidi anni luce danoi e battezza-ta Z8 GND5296 - il ricer-catore de-l'Inaf (l'Istitu-to nazionale diastrofisica)spiegherà co-me si intrec-ciano i tempilunghissimidell'esistenza delle stelle con itempi brevissimi della concor-renza tra super-laureati. «E'tutto cambiato - spiega -. Inve-ce della scienza dei piccoligruppi e degli individui chepassavano le notti negli osser-

"Se studi l'Universonon fermarti mai"

Lezione speciale alla Scuola Normale di Pisa:c'è una storia segreta dietro ogni grande scopertavatori, ora ci sono i mega-teaminternazionali che si scambia-no informazioni attraverso laRete, operando in remoto sustrumentazioni super-sofisti-cate, da centinaia di milioni:telescopi in luoghi esotici co-me Cile e Hawaii e satelliti inviaggio su orbite lontane».

Aggiunge Fontana che unelemento decisivo sono le pro-poste: «La rivalità per riuscirea utilizzare quei mezzi è serra-ta e le probabilità di accessovariano dal 25 al 5%. Ecco per-ché la preparazione dei pro-

getti di studioè fondamen-tale. Tantopiù allargati einterdiscipli-nari sono igruppi coin-volti e meglioè». Solo sequesta odis-sea ha succes-so ci si può fi-nalmenteconcentraresu numeri eformule e suconcetti iper-specialisticicome «emis-sioni» o «ri-ghe».

Ed è quiche ha iniziol'ulterioresprint, quello

per approdare alla scopertavera e propria. «Edwin Hub-ble, a cui è intitolato il telesco-pio spaziale, impiegò anni perdare forma alla sua teoria,quella dell'espansione del-l'Universo. Oggi i tempi sonosempre più ristretti. Bastapensare che entro due setti-mane dalla rilevazione degli ef-fetti delle onde gravitazionalisulla radiazione cosmica difondo, vale a dire l'eco del Big

Bang, erano già un centinaiogli articoli scientifici in circola-zione. Com'è lontana l'epoca diSubrahmanyan Chandra-sekar, quando a inizio Nove-cento dedicò il viaggio in navedall'India all'Inghilterra al ce-lebre lavoro sulla strutturadelle stelle: se li avessimo noidue mesi!».

Ora i territori da esplorarecontinuano ad allargarsi (nona caso c'è chi parla di «multi-versi») ed è il boom delle cono-scenze ad accelerare la garadei cosmologi. «E' come se cia-scuno di noi portasse un mat-tone di un edificio grandioso»,sottolinea Fontana. Così, men-tre il suo gruppo all'Inaf gesti-sce per l'Italia il «Large Bino-cular Telescope» basato inArizona, partecipa a ricerche

«Per accedere a telescopie satelliti ci vogliono

proposte di prim'ordine»

multinazionali come quella del2013 sulla galassia più remota.

Una storia da manuale dianalisi e verifiche, finché è ar-rivato il momento-chiave discrivere l'articolo e sottoporloper la pubblicazione a «Natu-re». «Momento febbrile, spe-rando che nessun altro ci pre-cedesse e che l'editor dicessesì». I «no» sono tutt'altro cherari. A volte clamorosi. Comequello, negli Anni 30, a EnricoFermi sulle interazioni deboli.Ecco perché - conclude Fonta-na - chi vuole fare lo scienziatonon deve avere soltanto neuro-ni. Anche molto carattere.

RUOLO : E' RICERCATOREALL'OSSERVATORIO ASTRONOMICO

DI ROMA DELL'INAF (L'ISTITUTONAZIONALE DI ASTROFISICA)

IL SITO : WWW.OA-ROMA.INAFIT/FONTANA/ADRIANO_FONTANA_

H OM EPAG E/ABOUTM E. HTM L

VIS main activities

•  Lectures with free admission, held by internationally renowned italian scientists in non-technical language to explain a discovery and their research experience.

•  Every month’s second Wednesday from March 12, 2014 in the Sala Azzurra.

I – Public Conferences

II – CAVE3D visits•  The CAVE3D in DreamsLab is a powerful tool for the visualization of 3D data.•  Weekly visits. Thursday morning at 10am for high-school classes, Thursday at

16:00 to the general public. Reservations required on http://vis.sns.it.

•  Special applications for Oculus VR dev kit, immersive experience.•  Weekly schedule, alternate with CAVE3D.

III – Oculus Rift Experience

VIS main activities

•  Collaboration with SNS Library, Archive, to create theme exhibitions to open up resources to the general public.

•  Every other month, with online reservations.

IV – A Tour in History

V – Researcher’s day•  National competition for high school students, only five chosen among hundreds. •  The winners spend a whole day at the SNS together with a research group, get

payed for travel and stay, receives certificate during awards ceremony.

•  VIS partcipates to numerous special events, and hungry for collaborations.•  VIS webpage, http://vis.sns.it with dedicated channels youtube, facebook, twitter.

VI – Special events, web, social media

VIS main activities

I – Public Conferences

I – Public Conferences

I – Public Conferences

Streaming and podcast

Post-conference activities

II – CAVE3D visits

The CAVE3D within the DreamsLab is a futuristic room for the display of scientific data where you can interact with three-dimensional virtual environments: you can for example visualize and manipulate molecules or 3D reconstructions of archaeological excavations.

The CAVE3d visits are open to both classes of Secondary Schools (on Thursdays at 10:00 am), and for a general audience (Thursdays at 16:00), in both cases by reservation on the website http://vis.sns.it

The DreamsLab is located on the fourth floor of the Palazzo della Carovana, SNS. The visits begin in the Aula Contini on the first floor.

•  INTRODUCTIVE SEMINAR ~ 30 mins

à  intro on the SNS common to the 5 areasà  intro on the Area, e.g. cosmologyà explanation on the scientific data that will be visualized

•  CAVE3D VISIT ~ 45 mins

à ~ 15-25 persons for each visità question time

II – CAVE3D visits

II – CAVE3D visits

Higgs

Segesta’ s Agorà Molecules

Neurons

Black holes

CAVE3D: the chosen themes

III – Oculus Rift Experience

The Oculus Rift is a new activity, inaugurated this year and complementary to the CAVE3D visits. Oculus Rift is a head-mounted display (HMD) for virtual reality. DreamsLab and VIS collaborate to develop applications for this innovative platform. Great success at the inauguration for the Internet Festival 2015.

IV – A Tour in History

The SNS has incredible historical resources, a unique library and an archive with precious documents, embedded in a context of architectural interest.

VIS, in collaboration with the Library and Archive, will inaugurate a new activity, “A Tour in History” that will take the public on a tour within places of the SNS usually not accessible for visit, with a leading thread on a specific historical period.

V – A researcher’s day

With “A researcher’s day” we give the chance to 5 students chosen from participants from all Italy to spend a full day at the SNS with a research group.

VI – VIS website

GABRIELE BECCARIA

Universo puòaspettare, i colle-ghi no. Oggi po-meriggio AdrianoFontana raccon-

terà la vita di corsa del cosmo-logo.

114 miliardi di vita dell'Uni-verso sono tanti, una minieradi informazioni fossili e dati inevoluzione, ma a mettere lemani su quel tesoro sono or-mai tra 20 mila e 30 mila fisici,più di quanti abbiamo mai la-vorato sulla Terra dalla nasci-ta della disciplina, quattro se-coli fa: raggruppati in team,ciascuno a caccia di fondi escoperte, scatenato nella cor-sa all'articolo sulla rivistascientifica che garantisca fa-ma e generi ulteriori finanzia-menti. Una spirale che, a diffe-renza di quella visibile dellegalassie, non ha alcuna fineidentificabile.

Fontana parla di questa fre-nesia con ironia, definendola«le nostre storie minori». Lemetterà in scena in una lezionediversa dal solito alla ScuolaNormale di Pisa: partecipa in-fatti a «Virtual immersions inscience», il programma cheapre un po' di spiragli sulla vitaprofessionale degli scienziati,svelando co-me lavorano,sognano e so-prattutto fati-cano. Oltrebanalità e ste-reotipi.

Co-autoredella scopertadella galassiapiù lontanamai osservata- a 13,1 miliardidi anni luce danoi e battezza-ta Z8 GND5296 - il ricer-catore de-l'Inaf (l'Istitu-to nazionale diastrofisica)spiegherà co-me si intrec-ciano i tempilunghissimidell'esistenza delle stelle con itempi brevissimi della concor-renza tra super-laureati. «E'tutto cambiato - spiega -. Inve-ce della scienza dei piccoligruppi e degli individui chepassavano le notti negli osser-

"Se studi l'Universonon fermarti mai"

Lezione speciale alla Scuola Normale di Pisa:c'è una storia segreta dietro ogni grande scopertavatori, ora ci sono i mega-teaminternazionali che si scambia-no informazioni attraverso laRete, operando in remoto sustrumentazioni super-sofisti-cate, da centinaia di milioni:telescopi in luoghi esotici co-me Cile e Hawaii e satelliti inviaggio su orbite lontane».

Aggiunge Fontana che unelemento decisivo sono le pro-poste: «La rivalità per riuscirea utilizzare quei mezzi è serra-ta e le probabilità di accessovariano dal 25 al 5%. Ecco per-ché la preparazione dei pro-

getti di studioè fondamen-tale. Tantopiù allargati einterdiscipli-nari sono igruppi coin-volti e meglioè». Solo sequesta odis-sea ha succes-so ci si può fi-nalmenteconcentraresu numeri eformule e suconcetti iper-specialisticicome «emis-sioni» o «ri-ghe».

Ed è quiche ha iniziol'ulterioresprint, quello

per approdare alla scopertavera e propria. «Edwin Hub-ble, a cui è intitolato il telesco-pio spaziale, impiegò anni perdare forma alla sua teoria,quella dell'espansione del-l'Universo. Oggi i tempi sonosempre più ristretti. Bastapensare che entro due setti-mane dalla rilevazione degli ef-fetti delle onde gravitazionalisulla radiazione cosmica difondo, vale a dire l'eco del Big

Bang, erano già un centinaiogli articoli scientifici in circola-zione. Com'è lontana l'epoca diSubrahmanyan Chandra-sekar, quando a inizio Nove-cento dedicò il viaggio in navedall'India all'Inghilterra al ce-lebre lavoro sulla strutturadelle stelle: se li avessimo noidue mesi!».

Ora i territori da esplorarecontinuano ad allargarsi (nona caso c'è chi parla di «multi-versi») ed è il boom delle cono-scenze ad accelerare la garadei cosmologi. «E' come se cia-scuno di noi portasse un mat-tone di un edificio grandioso»,sottolinea Fontana. Così, men-tre il suo gruppo all'Inaf gesti-sce per l'Italia il «Large Bino-cular Telescope» basato inArizona, partecipa a ricerche

«Per accedere a telescopie satelliti ci vogliono

proposte di prim'ordine»

multinazionali come quella del2013 sulla galassia più remota.

Una storia da manuale dianalisi e verifiche, finché è ar-rivato il momento-chiave discrivere l'articolo e sottoporloper la pubblicazione a «Natu-re». «Momento febbrile, spe-rando che nessun altro ci pre-cedesse e che l'editor dicessesì». I «no» sono tutt'altro cherari. A volte clamorosi. Comequello, negli Anni 30, a EnricoFermi sulle interazioni deboli.Ecco perché - conclude Fonta-na - chi vuole fare lo scienziatonon deve avere soltanto neuro-ni. Anche molto carattere.

RUOLO : E' RICERCATOREALL'OSSERVATORIO ASTRONOMICO

DI ROMA DELL'INAF (L'ISTITUTONAZIONALE DI ASTROFISICA)

IL SITO : WWW.OA-ROMA.INAFIT/FONTANA/ADRIANO_FONTANA_

H OM EPAG E/ABOUTM E. HTM L

VI – Press

"Mille luci in diretta:i miei viaggi nel cervello

e la voglia di ffuarirloGABRIELE BECCARIA

`-` uando lometti sot-to il micro-scopio adue fotoni,

scopri che stai osservandocostellazioni di cellule lumi-nosissime».

Gian Michele Ratto, fisicodi formazione ed esploratoredei territori della biologia,racconta che spettacolo siaosservare un cervello in atti-vità, anche se è quello - ingiu-stamente sottovalutato daiprofani - di un topolino da la-boratorio, dal Dna manipola-to. Le differenze con il nostronon sono poi così abissali e lescintille generate con unamolecola fluorescente rap-presentano una strada peraccedere alle circonvoluzionidegli umani e iniziare a capi-re i meccanismi di molte ma-lattie, come quella - terribile- che si chiama sindrome diRett. «Il nostro rappresentaun primo passo, ma necessa-rio, per sperare in una curaper tanti bambini».

La storia di questa ricercanon è affatto conclusa ed è lamancanza di un finale giàscritto a rendere tutto piùcoinvolgente. Il luogo è un la-boratorio d'avanguardia, il«Nest» di Pisa - acronimo di«National Enterprise for na-noScience and nanoTechno-logy» - in cui interagiscono lecompetenze della ScuolaNormale Superiore, dell'Isti-tuto italiano di tecnologia edell'Istituto Nanoscienze delCnr. I protagonisti sono Rat-to, ricercatore di quest'ulti-mo ente, con i suoi collabora-tori e studenti, mentre tra ipersonaggi principali ci sonoalcuni topolini e a recitare

nel cameo è una medusa, laVictoria aequorea. Quantoalle scene madri, sono pro-prio quelle cerebrali le piùspettacolari, là dove le osser-vazioni dei segnali di luce siintrecciano con misurazionitanto complesse quantosnervanti.

«E' da quattro anni che in-seguiamo l'obiettivo e ormaisiamo vicini», dice Ratto, cheoggi sarà protagonista di unodegli incontri della serie«Virtual immersions in scien-ce», organizzati dalla Norma-le per svelare quante emozio-ni e quanta creatività ci sianoaccanto alla classica raziona-lità degli scienziati. «C'eranodei momenti in cui dispera-vo». Ma da un po' gli incubinotturni si so-no placati el'entusiasmodel team va almassimo.«Stiamo im-parando a fa-re le misure, misure che nes-suno prima di noi ha fatto, inun cervello in vivo».

Ratto ha avuto l'idea diutilizzare una molecola fluo-rescente, ricavata dalla me-dusa e scoperta proprio al«Nest». In gergo si tratta diuna molecola geneticamentemodificata, «addestrata»

per uno scopo preciso. Dopoaverla fatta produrre dalle cel-lule cerebrali di un topolino at-traverso un gene manipolato,è in grado di emettere un se-gnale luminoso che «porta al-l'esterno due tipi di informa-zione molto importanti: i livellidi pH, vale a dire l'acidità, equelli di cloro nei neuroni».

Fondamentali per il teamsono i messaggi contenuti inuna sostanza così elementarecome il cloro. Quando nei neu-

roni sale a con-centrazioni trop-po alte, il sistemainibitorio del cer-vello tende ad an-dare in tilt, la-sciando mano li-

bera all'altro sistema, quelloeccitatorio, e induce così unosquilibrio che assomiglia mol-to alle crisi epilettiche. Nei to-polini - e si pensa nell'uomo - igiusti livelli si stabilizzano solodurante le prime fasi dello svi-luppo, da cuccioli, purchéqualche anomalia - per esem-pio genetica - non si manifesti,mandando in frantumi la fra-gile architettura dualisticaideata dalla Natura e con laquale si dosano senza sostacolpi di acceleratore e altri difreno. In questo caso le conse-guenze sono gravi: l'ipotesi piùaccreditata è che sia coinvoltanon solo l'epilessia. Anche pa-tologie come l'autismo, la sin-

drome dell'X fragile e la sin-drome di Down sono associatea errori nello sviluppo della re-golazione del cloro. Ma a Pisasi ipotizza che una situazionesimile possa verificarsi anchenella sindrome di Rett: in que-sta malattia avviene un bloccodello sviluppo nei primi annidivita, seguito da una sconvol-gente regressione, che fa per-dere le abilità già acquisite, co-me la capacità di camminare eil controllo del linguaggio.

Ecco perché riuscire a cal-colare con precisione infinite-simale le quantità di cloro di-venta così importante. Ma lamisura si è rivelata difficile: icambiamenti di cloro e di pH,infatti, sono «codificati» dalcolore della proteina e il pro-blema con il quale il gruppo diRatto si è scontrato è che iltessuto cerebra-le modifica il co-lore stesso: «Av-viene una di-storsione cro-matica comequando si guar-da un paesaggio sottomarino.La proteina che abbiamo pro-gettato cambia continuamen-te, a volte perfino di topolinoin topolino». E' stata quindinecessaria un'ulteriore idea:associare una seconda protei-na che permettesse di eviden-ziare tutte le metamorfosi del-la tinta. Come uno spettatore

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VI – Special events

VIS: an initial assessmentVIS in its first 1.5 years has had a great success of public. We can quantify the users that enjoyed the VIS activities till today:

Attendance to public conferences: 1340 peoplePartecipants to the library/archive visits: 380 peopleUsers of the VIS website http://vis.sns.it: over 35000 web users for >150000 clicksVisitors to the CAVE3D: 293 high school students; 161 general publicParticipants to the Oculus Rift Experience: 110 general public

Importance of collaborations

Importance of collaborations