Il Progetto MAGIC-D R.Faraldo, E.Prandini, A.Saggion, V.Scalzotto Progetto Lauree Scientifiche – Padova Dipartimento di Fisica G.Galilei – Univ. di Padova.

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1 Il Progetto MAGIC-D R.Faraldo, E.Prandini, A.Saggion, V.Scalzotto Progetto Lauree Scientifiche – Padova Dipartimento di Fisica G.Galilei – Univ. di Padova INFN Sezione di Padova May 31, 2016 1Comunicare Fisica 2010 - Frascati

2 May 31, 2016 2Comunicare Fisica 2010 - Frascati Nell’ambito del Progetto Lauree Scientifiche, Orientamento e Formazione degli insegnanti, il progetto MAGIC-D si propone alle scuole secondarie di II grado, il progetto “MAGIC-D” ideato da: prof. Antonio Saggion (Dipartimento di Fisica “G. Galilei” dell’Università di Padova, INFN sez. di Padova); prof. Antonio Saggion (Dipartimento di Fisica “G. Galilei” dell’Università di Padova, INFN sez. di Padova); prof.ssa Rossella Faraldo ( INFN sez. di Padova). prof.ssa Rossella Faraldo ( INFN sez. di Padova). Il progetto MagicD, oltre che proporre un’esperienza di studio e orientamento specifico per gli studenti, vuole soprattutto offrire per i docenti una possibilità di ricerca didattica orientata alla focalizzazione di percorsi trasversali.

3 May 31, 2016 3Comunicare Fisica 2010 - Frascati MAGIC-D costituisce una concreta occasione di rivedere e riorganizzare programmi disciplinari specifici e introdurre, nel Piano dell’Offerta Formativa dell’Istituto, trasversalità atte a sviluppare strategie orientative negli studenti, relativamente ai vari corsi offerti nella Scuola secondarie di II grado.

4 May 31, 2016 4Comunicare Fisica 2010 - Frascati La prospettiva che si propone è la possibilità di creare per i Docenti una situazione di ricerca didattica e di aggiornamento permanente. Innovazione nei programmi disciplinari e nella metodologia didattica.

5 May 31, 2016 5Comunicare Fisica 2010 - Frascati Il Progetto MAGIC-D propone lo studio dell'esperimento MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov), nome del più grande telescopio per la ricerca dei raggi gamma situato a La Palma, nelle Isole Canarie. MAGIC-D è una esperienza che porterà un piccolo gruppo di studenti meritevoli ad uno stage a La Palma, per costruire la conoscenza specifica in loco sperimentando.

6 May 31, 2016 6Comunicare Fisica 2010 - Frascati Proposta per i docenti I docenti referenti presso gli istituti che parteciperanno all’iniziativa, dovranno realizzare una programmazione che tenga conto dei seguenti temi:  Elementi di astronomia con riferimento alla programmazione scolastica specifica (ad esempio: struttura del sistema solare; moto di rivoluzione e di rotazione terrestre; il moto della volta celeste osservato dalla Terra)  Elementi di cosmologia  Elementi d’informatica  Attività di laboratorio  Conoscenza del Metodo Scientifico

7 May 31, 2016 7Comunicare Fisica 2010 - Frascati Sarà organizzato un ciclo di Seminari per Docenti sulle tematiche:  Elementi di Cosmologia  “L’informazione” dalle diverse sorgenti: la loro radiazione come generazione di flussi di “particelle di luce” e “particelle materiali”;  Particelle di diversa energia  Rivelazione delle “particelle di luce” nelle diverse energie  Fisica e computing - Il ruolo delle simulazioni - L’attribuzione di significato al “dato grezzo” ;l’esempio di Magic  Il mondo di Grid e di Condor; l’analisi dei dati suddivisa tra tutti i computer collegati in rete e sparsi per il mondo  La composizione di tutte le informazioni in un quadro unitario di osservazione; la necessità dell’unificazione; Modello Standard in Cosmologia  Rapporto tra installazioni scientifiche avanzate e tecnologia; innovazione ed industria; normative europee sulle produzioni e sulla sicurezza  Storia della collaborazione europea al Progetto Magic; un “luogo” di crescita dell’Europa. Le collaborazioni scientifiche come “luoghi” di crescita per una Scienza senza frontiere.

8 May 31, 2016 8Comunicare Fisica 2010 - Frascati Proposta per gli studenti Tutte le attività proposte ai docenti permetteranno, anche in questo caso, di sviluppare all’interno delle classi interessate i contenuti scientifici del Progetto stesso, che saranno successivamente condivisi on-line su piattaforma appositamente realizzata. Il modello che si intende seguire è quello indicato dall’enciclopedia libera on-line Wikipedia (http://it.wikipedia.org/wiki/Wikipedia). http://it.wikipedia.org/wiki/Wikipedia Si intende, infatti, realizzare un ipertesto che sarà via via arricchito con lo scopo di entrare nel dettaglio dei temi scientifici trattati.

9 May 31, 2016 9Comunicare Fisica 2010 - Frascati Tutte le attività e gli approfondimenti proposti svilupperanno: Tutte le attività e gli approfondimenti proposti svilupperanno:  un ambiente di sperimentazione diretta mediante attività laboratoriali  una metodologia didattica orientata sia all’integrazione delle scienze sia allo sviluppo della flessibilità strategica nello studente.

10 May 31, 2016 10Comunicare Fisica 2010 - Frascati Il Via alla “prospettiva” Docenti avverrà 20 aprile alle ore 15.30 con la collaborazione dell’ Ufficio Scolastico Regionale del Veneto e dell’ INFN – Sez.di Padova -- presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Padova -- “Progetto Lauree Scientifiche (PLS)” “Progetto Magic Didattico” Programmazione di un percorso didattico per Unità di Apprendimento a carattere trasversale”

11 Il Progetto MAGIC-D May 31, 2016 11Comunicare Fisica 2010 - Frascati a La Palma

12 Il progetto MAGIC-D a La Palma Esperienza nata con l’intento di rendere accessibile esperimento di frontiera a studenti di scuola superiore Esperienza nata con l’intento di rendere accessibile esperimento di frontiera a studenti di scuola superiore Per toccare con mano che cosa significhi fare ricerca oggi Per toccare con mano che cosa significhi fare ricerca oggi Le “opportunità” presentate da MAGIC: L’isola di La Palma (il “paradiso” dei telescopi) L’isola di La Palma (il “paradiso” dei telescopi) Contatto diretto con giovani ricercatori dell’esperimento Contatto diretto con giovani ricercatori dell’esperimento May 31, 2016 12Comunicare Fisica 2010 - Frascati

13 MAGIC (Major Atmosferic Gamma Imaging Čerenkov telescope) telescopio per luce Čerenkov di nuova generazione 2 telescopi con superficie parabolica composita di 17m Ø. 240 m 2 di superficie riflettente. Altitudine: 2200 m s.l.m.

14 Obiettivi scientifici Sorgenti di raggi  50 GeV < E < ˜TeV Galattici: SNR (Super Nova Remnants) PULSAR MICROQUASAR Extragalattici: AGN (Nuclei galattici attivi) GRB (Lampi di luce gamma) WIMP (possibili candidati di materia oscura)

15 Raggi Cosmici: composti al 99% da particelle cariche (p, H +, He ++, e,...) Raggi Gamma: non deviati dai campi magnetici interstellari. Portatori di informazione relativa alla direzione di provenienza. Al contatto con l’atmosfera, cascata di particelle secondarie: Sciami Atmosferici con differente struttura a seconda della natura della particella primaria. Lo studio di queste differenze sta alla base della tecnica di rilevazione del segnale gamma, sommerso nel fondo adronico

16 Formazione dell’immagine Emissione ad un’altezza media di ≈ 8 Km s.l.m. Estensione per ≈ 5 Km. Alta atmosfera: densità dell’aria minore piccolo angolo Čerenkov ↓ Luce focalizzata vicino al centro della camera Bassa atmosfera Maggiore densità dell’aria angolo Čerenkov più grande ↓ Luce focalizzata lontano dal centro della camera

17  candidate h candidate  candidateh with 

18 8 giorni di esperienza nell’isola 8 giorni di esperienza nell’isola 2 tutors appartenti al gruppo di ricerca dell’esperimento MAGIC 2 tutors appartenti al gruppo di ricerca dell’esperimento MAGIC (dott.ssa Elisa Prandini, PhD Villi Scalzotto) Agenda: http://agenda.infn.it/conferenceDisplay.py?confId=1696 Agenda: http://agenda.infn.it/conferenceDisplay.py?confId=1696 - fase propedeutica: 5 gg. lezioni al CALP - seguiti da 3 gg. (o, meglio, 2 notti!) nel sito del telescopio 8 giovani studenti opportunamente selezionati 8 giovani studenti opportunamente selezionati May 31, 2016 18Comunicare Fisica 2010 - Frascati Il progetto MAGIC-D a La Palma

19 Selezione Criterio 2009: Ultimo anno delle scuole superiori Ultimo anno delle scuole superiori Media di presentazione all’esame di maturità Media di presentazione all’esame di maturità Media dei voti delle materie scientifiche Media dei voti delle materie scientifiche Tema svolto dal candidato sulle motivazioni personali Tema svolto dal candidato sulle motivazioni personali Un ragazzo per ogni provincia del Veneto Un ragazzo per ogni provincia del Veneto (per il 2010 i criteri verranno concordati con le scuole partecipanti al programma completo) Comunicazione dei vincitori alle scuole e direttamente ai vincitori. Incontro di presentazione dell’esperienza con gli studenti selezionati prima della partenza. May 31, 2016 19Comunicare Fisica 2010 - Frascati

20 Attività 4 principali aspetti affrontati in maniera il più possibile parallela: 4 principali aspetti affrontati in maniera il più possibile parallela: Didattica – lezioni teoriche Didattica – lezioni teoriche Attività pratiche – esercitazioni sperimentali Attività pratiche – esercitazioni sperimentali Esperienza presso l’Osservatorio Esperienza presso l’Osservatorio Articolo – studio individuale di un articolo scientifico Articolo – studio individuale di un articolo scientifico May 31, 2016 20Comunicare Fisica 2010 - Frascati

21 1. Lezioni teoriche Lezioni mattutine presso il centro di ricerca CALP Argomenti affrontati propedeutici alla salita al Roque (dove è situato MAGIC). Dallo spettro di emissione allo spettro gamma della nebulosa del Granchio, buchi neri e nuclei galattici, sciami atmosferici, tecniche di separazione segnale/rumore, analisi dei dati, ecc… Programma molto ambizioso, ma accessibile grazie a: – Una severa selezione degli studenti – Un attento adattamento dei contenuti a livelli appropriati May 31, 2016 21Comunicare Fisica 2010 - Frascati

22 27/10/09 MAGIC... a window on the Universe Cosmic rays Atmospheric showers The MAGIC Telescope Hillas parameters Calibration and Image cleaning γ-h separation: classification method “Horizons” in Astrophysics Spectrum CCD technique The site The island of La Palma Security issues e.m. spectrum and γ-rays Computing May 31, 2016 22 Comunicare Fisica 2010 - Frascati

23 2. Esperienze Pratiche Misura della distanza della Luna tramite triangolazione (foto della Luna e di una porzione di cielo visto da diversi punti del pianeta collegandosi via Skype ad altri ricercatori a Barcellona e in Estonia) Misura del raggio del pianeta Terra effettuata osservando il Sole scendere al tramonto Coffee break…con gli specchi del telescopio MAGIC (uno specchio da 1 mq)! Separazione gamma/adrone (ovvero del segnale “buono” rispetto al rumore di fondo) fatta riconoscendo le immagini degli sciami atmosferici, una ad una! Notte di osservazione del cielo notturno ad occhio nudo May 31, 2016 23Comunicare Fisica 2010 - Frascati PRO: Approccio efficace al Metodo Scientifico!

24 ..a proposito di problem solving.. Nelle esperienze pratiche (distanza della Luna, raggio della Terra, presa dati del telescopio) conoscenza diretta della realtà della fisica sperimentale…! Nelle esperienze pratiche (distanza della Luna, raggio della Terra, presa dati del telescopio) conoscenza diretta della realtà della fisica sperimentale…! Cattivo tempo atmosferico, errori hardware e software, errori umani … Cattivo tempo atmosferico, errori hardware e software, errori umani … “Non mi sarei mai aspettato che Fare Scienza significasse scontrarsi con così tanti problemi e doverli risolvere senza una procedura ben definita.. Per prendere dei dati non basta premere un bottone!” “Non mi sarei mai aspettato che Fare Scienza significasse scontrarsi con così tanti problemi e doverli risolvere senza una procedura ben definita.. Per prendere dei dati non basta premere un bottone!” “La fisica sperimentale è davvero emozionante! Bisogna osservare, dedurre, ideare, verificare, ricorreggere il tiro e..ripartire!” “La fisica sperimentale è davvero emozionante! Bisogna osservare, dedurre, ideare, verificare, ricorreggere il tiro e..ripartire!” May 31, 2016 24Comunicare Fisica 2010 - Frascati

25 3. Osservatorio 3 giorni (2 notti) presso l’osservatorio del Roque de Los Muchachos Condivisione degli spazi e dei tempi di una giornata tipo dei ricercatori MAGIC data taking: 2 gruppi di 4 ragazzi (per questioni di sicurezza). Visita dettagliata del sito di MAGIC con approfondimento sui diversi sottosistemi. Partecipazione alle procedure di avvio della presa dati nella sala di controllo insieme ai ricercatori May 31, 2016 25Comunicare Fisica 2010 - Frascati Visita ad altri telescopi, con incontro e approfondimento al telescopio scandinavo NOT Visita ad altri telescopi, con incontro e approfondimento al telescopio scandinavo NOT Osservazione notturna del cielo ad occhio nudo e con un piccolo telescopio ottico (nella notte di San Lorenzo!) Osservazione notturna del cielo ad occhio nudo e con un piccolo telescopio ottico (nella notte di San Lorenzo!) PRO: lingua inglese - conoscenza dei ricercatori - comprensione dell’esistenza di diverse tecniche di osservazione a seconda degli obiettivi astronomici - esperienza di che cosa sia la fisica, come lavoro e come passione

26 4. Articoli di MAGIC “Questo sarà il tuo articolo per questa settimana…” Articoli in lingua inglese Assegnazione il primo giorno Presentazione dell’articolo al resto del gruppo previsto per l’ultimo giorno May 31, 2016 26Comunicare Fisica 2010 - Frascati

27 May 31, 2016 27Comunicare Fisica 2010 - Frascati PRO: -“Appena ricevuto non ci capivo davvero nulla. Ora qualcosa mi è molto più chiaro”  “In questa settimana sono cresciuto!” - Una buona metafora di che cosa significhi studiare all’Università!

28 Strumenti di valutazione e risultati ottenuti Mappa mentale: prima attività didattica. “Come percepisco l’Universo con i 5 sensi?” “Come percepisco l’Universo con i 5 sensi?” Il primo lavoro condiviso dai ragazzi, per una valutazione del gruppo. Risposta positiva: buona selezione del gruppo, apertura dei ragazzi, omogeneita’ Risposta positiva: buona selezione del gruppo, apertura dei ragazzi, omogeneita’ May 31, 2016 28Comunicare Fisica 2010 - Frascati

29 Verifica in itinere: C.E.D.A.C. tecnica di valutazione in cui gli studenti riportano,riorganizzandole,le informazioni chiave del giorno Blog aggiornato quotidianamente http://stagemagiclapalma.blogspot.com/search?updated-min=2009-01- 01T00%3A00%3A00-08%3A00&updated-max=2010-01-01T00%3A00%3A00- 08%3A00&max-results=1 http://stagemagiclapalma.blogspot.com/search?updated-min=2009-01- 01T00%3A00%3A00-08%3A00&updated-max=2010-01-01T00%3A00%3A00- 08%3A00&max-results=1 http://stagemagiclapalma.blogspot.com/search?updated-min=2009-01- 01T00%3A00%3A00-08%3A00&updated-max=2010-01-01T00%3A00%3A00- 08%3A00&max-results=1 May 31, 2016 29Comunicare Fisica 2010 - Frascati Verifica delle conoscenze acquisite dai ragazzi e dei loro eventuali dubbi Verifica delle conoscenze acquisite dai ragazzi e dei loro eventuali dubbi Occasione per studenti di fare mente locale Occasione per studenti di fare mente locale Funzione di aggregazione e comunicazione in tempo reale con chi era a casa Funzione di aggregazione e comunicazione in tempo reale con chi era a casa

30 Verifica finale prima del rientro Verifica a posteriori: valutazione scritta degli studenti May 31, 2016 30Comunicare Fisica 2010 - Frascati

31 Risultati ottenuti: ragazzi (Tratto dalla relazione finale dei ragazzi) Lingua inglese Lingua inglese Contatto diretto con la fisica e il “fare fisica” reale Contatto diretto con la fisica e il “fare fisica” reale Esperienza entusiasmante! Esperienza entusiasmante! “Non sono solo!” “Non sono solo!” “Da grande voglio fare il fisico”!! “Da grande voglio fare il fisico”!! May 31, 2016 31Comunicare Fisica 2010 - Frascati “Questa esperienza mi ha permesso di capire che il fisico non è colui che sa tutto di tutto, ma colui che sa cercare la soluzione ad un problema”

32 Risultati ottenuti e ricadute positive Esperienza positiva di interazione tra scuola e ricerca Risonanza mediatica molto buona e diffusa nel territorio Possibilita’ per gli insegnanti di arricchire la proposta didattica Interesse espresso dagli altri gruppi stranieri appartenenti alla collaborazione MAGIC Auspicabile che la cosa venga estesa ad altri esperimenti INFN May 31, 2016 32Comunicare Fisica 2010 - Frascati

33 Prospettive future In corso la realizzazione della seconda fase (Anno Scolastico in corso e seguente) per la regione Veneto: In corso la realizzazione della seconda fase (Anno Scolastico in corso e seguente) per la regione Veneto: MAGIC-D entrera’ nella programmazione scolastica tramite coinvolgimento attivo di docenti e classi MAGIC-D entrera’ nella programmazione scolastica tramite coinvolgimento attivo di docenti e classi Stage a LaPalma Stage a LaPalma Il progetto riuscira’ a coinvolgere molte piu’ persone Il progetto riuscira’ a coinvolgere molte piu’ persone In cantiere estensione nazionale (?Friuli - ?Toscana) e internazionale (?Spagna - ?Germania) May 31, 2016 33Comunicare Fisica 2010 - Frascati

34 Conclusioni Il progetto MAGIC-D e’ nato nel 2009 come risposta all’esigenza di avvicinare il mondo della ricerca a quello scolastico Il progetto MAGIC-D e’ nato nel 2009 come risposta all’esigenza di avvicinare il mondo della ricerca a quello scolastico Durante questa prima fase pilota due tutors hanno accompagnato per una settimana 8 studenti veneti neo- diplomati all’isola di LaPalma dove si trova un centro di ricerca in astrofisica e il sito del telescopio MAGIC Durante questa prima fase pilota due tutors hanno accompagnato per una settimana 8 studenti veneti neo- diplomati all’isola di LaPalma dove si trova un centro di ricerca in astrofisica e il sito del telescopio MAGIC L’esperienza e’ stata un vero successo! L’esperienza e’ stata un vero successo! Estensione di MAGIC-D: in aggiunta all’esperienza in situ, stiamo avviando una collaborazione con i docenti e le loro classi, che verranno coinvolti nel corso dell’anno scolastico Estensione di MAGIC-D: in aggiunta all’esperienza in situ, stiamo avviando una collaborazione con i docenti e le loro classi, che verranno coinvolti nel corso dell’anno scolastico May 31, 2016 34Comunicare Fisica 2010 - Frascati

35 BACKUP May 31, 2016 35Comunicare Fisica 2010 - Frascati

36 Costi Circa 1000 euro / studente comprensivi di: Viaggio aereo Viaggio aereo Tutors Tutors Noleggio 2 auto per spostamenti Noleggio 2 auto per spostamenti Salita e discesa al Roque con minibus Salita e discesa al Roque con minibus Pernotti in hotel e osservatori, a mezza pensione Pernotti in hotel e osservatori, a mezza pensione Visita ai vulcani Visita ai vulcani Per un totale di circa 15000 euro May 31, 2016 36Comunicare Fisica 2010 - Frascati

37 Possibili aspetti trasversali: Considerazioni sulla figura e il ruolo dell’osservatore scientifico; Interazione dell’osservatore con l’ambiente esterno; Analisi delle problematiche connesse alla scelta del sito dell’osservatorio (dal punto di vista ambientale): quali caratteristiche favoriscono questo tipo di osservazioni, che cosa e’ necessario, qual’e’ l’impatto sull’ambiente di queste installazioni, quali possono essere le ricadute tecnologiche Domini di conoscenza coinvolti: fisica, geologia, ingegneria (ambiente, meccanica, elettronica)

38 May 31, 201638 Hillas Parameters GAMMAHADRONMUON Gamma event selection by the study of the image obtained, by a first order approximation of the image with an ellypsis and the evaluation of the “Hillas parameters”

39 May 31, 201639 Cherenkov radiation The spectrum of the Cherenkov radiation is: n: refractive index (1.00029)  : v/c  : 1/137 fine struct. constant By considering the atmospheric absorption, the peak of the distribution is around 350 nm. (arbitrary units) Wavelength Light emitted at 10 km Light detected at 2 km d 2 N/dxd  1/ 2 The atmospheric model considers the following density and index:

40 May 31, 201640 AGN unified model - Schematic

41 Blazar properties Smooth, broad, non-thermal continuum (radio to  -rays) Jet beaming (  ~ o(10)) => strong flux amplifications Modelling of highly relativistic shocks difficult Fast flux variations Self Synchrotron Compton (SSC) very intense Synchrotron radiation => main target photons for Inverse Compton scattering Suzaku ‘06 MAGIC ‘06 BeppoSAX ‘97-’99

42 May 31, 201642 The stereo reconstruction

43 May 31, 201643 Sensitivities

44 May 31, 201644 Integral sensitivity Integral flux sensitivity (50h) ~5% of Crab E > 100 GeV