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We report on the measurement of the size of the particle-emitting source from two-baryon correlations with ALICE in high-multiplicity pp collisions at s√ = 13 TeV. The source radius is studied with low relative momentum p-p, p¯-p¯, p-Λ and p¯-Λ¯ pairs as a function of the pair transverse mass mT considering for the first time in a quantitative way the effect of strong resonance decays. After correcting for this effect, the radii extracted for pairs of different particle species agree. This indicates that protons, antiprotons, Λ, and Λ¯ originate from the same source. Within the measured mT range (1.1-2.2) GeV/c2 the invariant radius of this common source varies between 0.85 and 1.3 fm. These results provide a precise reference for studies of the strong hadron-hadron interactions and for the investigation of collective properties in small colliding systems.
We report on the measurement of the size of the particle-emitting source from two-baryon correlations with ALICE in high-multiplicity pp collisions at s√ = 13 TeV. The source radius is studied with low relative momentum p-p, p¯-p¯, p-Λ and p¯-Λ¯ pairs as a function of the pair transverse mass mT considering for the first time in a quantitative way the effect of strong resonance decays. After correcting for this effect, the radii extracted for pairs of different particle species agree. This indicates that protons, antiprotons, Λ, and Λ¯ originate from the same source. Within the measured mT range (1.1-2.2) GeV/c2 the invariant radius of this common source varies between 0.85 and 1.3 fm. These results provide a precise reference for studies of the strong hadron-hadron interactions and for the investigation of collective properties in small colliding systems.
Schemaevolution in objektorientierten Datenbanksystemen auf der Basis von Versionierungskonzepten
(2000)
Gegenstand dieses Kapitels ist zunächst die Zusammenfassung der in dieser Arbeit erreichten Ergebnisse im Hinblick auf die ursprüngliche Zielsetzung, also die Unterstützung von Schema evolution in objektorientierten Datenbanksystemen. Anschließend folgen Überlegungen, welche der erzielten Ergebnisse zur Lösung von Problemen in anderen Arbeitsbereichen herangezogen werden können und auf welche Weise dies geschehen kann. Die Arbeit schlie?t mit einem Ausblick auf weitere Arbeiten im von uns bearbeiteten Themengebiet. Erreichte Ziele Ausgangspunkt unserer Arbeit war die Beobachtung, dass die Evolution von Datenbankschema ta, welche zur Anpassung an sich ändernde funktionale und nichtfunktionale Anforderungen 130 der Diskurswelt benötigt wird, durch die gegenwärtig verfügbaren Modelle und Systeme nicht adäquat unterstützt wird. Wir stellten daraufhin die Hypothese auf, dass ein Modell auf der Basis der Versionierung von Schemata mit einer entsprechenden Abbildung der Änderungen auf die Objektebene dies leisten kann. Wir konnten in dieser Abhandlung zeigen, dass das nach diesen Gesichtspunkten entworfene COASTModell die daran gestellten Erwartungen erfüllt und Sche maänderungen in Gegenwart existierender Objekte und Applikationen erfolgreich realisierbar sind. Die einzelnen Arbeitsschritte und Ergebnisse ergaben sich dabei wie folgt: - Problemanalyse und grober Modellentwurf: Die Notwendigkeit einer Unterstützung für Schemaevolutionsprozesse ergab sich aus der Beobachtung, dass vor allem moderne An wendungsbereiche eine flexible Anpassung an ständig veränderliche Umstände erfordern. Während des Betriebs einer Datenbank aufkommende Änderungsanforderungen lassen sich zur Entwurfszeit nicht vorhersehen und sind im Rahmen fest vorgegebener Datenbanksche mata nur schwerlich adäquat umsetzbar. Wir konnten in diesem Zusammenhang bei den vorhandenen Systemen zur Unterstützung der Schemaevolution das Fehlen einer Berück sichtigung im Betrieb beøndlicher Datenbankapplikationen feststellen. Gleichzeitig blieben Anforderungen an flexibel koppelbare Datenbankzustände für verschiedene Schemaausprä gungen bisher unberücksichtigt. Das an dieser Stelle grob skizzierte Modell zur Lösung des Problems beruhte folgerichtig auf dem Einsatz von Versionierungskonzepten auf der Ebene der Datenbankschemata. Solche Versionierungskonzepte hatten ihre Fähigkeiten zur Unterstützung von Evolutionsprozessen insbesondere auch im Zusammenhang mit Entwurfsaufgaben bereits zuvor sowohl auf der Ebene kompletter Datenbanken als auch auf der einzelner Objekte nachgewiesen. - Untersuchung bestehender Lösungsansätze: Wir konnten für das Lösungsmodell vier ele mentare Aspekte identiøzieren: Durchführung von Änderungen auf Schemaebene unter Verwendung von Versionierungskonzepten, Erzeugung und Verwaltung der Abhängigkeits beziehungen zwischen den Schemaversionen, Abbildung der Änderungen auf die Objekt ebene sowie flexible Konzepte zur Steuerung und Durchführung der Objektpropagation. Da kein Modell existierte, das all diese Punkte berücksichtigt, mussten wir uns in der Literatur recherche auf Ansätze beschränken, die sich mit einzelnen Aspekten unserer Aufgabenstel lung befassen. Aus dieser Perspektive stellt sich unser Modell zu einem Teil als Integration früherer Arbeiten dar. Zum anderen Teil beruht unser Modell in den grundlegenden Aspek ten der Behandlung von Ableitungsbeziehungen sowie der Steuerung und Durchführung der Objektpropagation auf gänzlich neuen Ansätzen. Die wesentliche Erkenntnis dieses Arbeitsschrittes ist somit die Feststellung, dass einerseits verschiedene Konzepte bestehen der Ansätze übernommen werden konnten, obwohl keine Arbeit alle Anforderungen an unser Modell erfüllte, und andererseits einige Aspekte bislang nahezu vollständig ignoriert wurden. - Detaillierte Modellbildung: Aufgrund der Erkenntnisse über bestehende Arbeiten entwarfen wir in diesem Arbeitsschritt COAST als Modell zur Durchführung von Schemaänderun gen in Anwesenheit von Objekten und Applikationen. Grundbestandteile unseres Ansatzes sind die Schemaversionen, die vergleichbar einer Konøgurationsverwaltung semantisch in Zusammenhang stehende Klassenversionen zu konsistenten Teilstrukturen zusammenset zen. Für die Durchführung von Schemaänderungen haben wir zwei grundsätzlich verschiedene Wege analysiert und resultierende Konsequenzen studiert. Dem internen Ansatz folgend wird eine von dem jeweiligen Einsatzgebiet des Systems unabhängige, fest vorgegebene und konzeptionell vollständige Taxonomie von Schemaänderungsprimitiven bereitgestellt, de ren Semantik a priori bekannt ist und demzufolge bei allen weiteren Schritten auf Schema und Objektebene berücksichtigt werden kann. Der externe Ansatz, als Alternative, erlaubt die Durchführung applikationsspezifischer Schemaänderungen und erhöht damit die Flexi bilität. Der Prozess des Einbringens extern erstellter Schemaversionen in das System kann dabei in vielfältiger Weise unterstützt werden. Bemerkenswerterweise fanden sich die auf Schemaebene angewandten Konzepte analog auf Instanzenebene wieder und zwar bei den Objektversionen, deren Zusammenhang sich in Form von Propagationsgraphen widerspiegelt ähnlich den Ableitungsbeziehungen auf Sche maebene. Die Steuerung der Objektpropagation sowohl zum Zeitpunkt der Schemaände rung als auch später, als Reaktion auf verändernde Datenbankzugrioee ist im behandelten Umfeld mit Sicherheit einzigartig. - Validierung des Modells: Aussagen zur Tauglichkeit des Modells im Hinblick auf seine Kon zeptionsziele konnten wir durch eine Evaluierung anhand unserer sehr detailliert beschrie benen Vorgaben erhalten. Damit ist gleichzeitig ein Vergleich mit bisherigen Lösungswegen insgesamt und mit einzelnen Vertretern davon gegeben. Die Evaluierung konnte in allen Aspekten belegen, dass das COASTModell zur Unterstützung von Schemaänderungen in Benutzung befindlicher Datenbanksysteme gut geeignet ist. Wir möchten an dieser Stelle nochmals betonen, dass COAST in vielerlei Hinsicht einfach erweitert werden kann und im Vergleich zu bisherigen Systemen durch erheblich flexiblere Möglichkeiten der Einflussnahme und eine verbesserte Tauglichkeit ausgezeichnet wird. Zu nächst sind sowohl die hier vorgestellte Schemaänderungstaxonomie als auch die damit ver bundene Propagationssprache vielfältig um komplexe Operationen erweiterbar. Weiterhin kann die Menge verwendbarer Propagationsflags insbesondere mit Blick auf das Verhalten bei komplexen Schemaänderungen hin ergänzt werden. Aber bereits die hier dargestell ten Möglichkeiten der Propagationssteuerung decken das gesamte Spektrum von isolierten Schemaversionen am einen Ende bis hin zur kompletten Propagation am anderen Ende ab. In Erweiterung der Konzepte auf der Basis von Sichtenmechanismen können durch die Objektversionierung beliebige Änderungen des Datenbankzustandes durchgeführt wer den. Damit wird ein erheblicher Beitrag für die Transparenz der Schemaevolution für die Applikationsentwickler geleistet. Die für die Tauglichkeit wichtigste Eigenschaft besteht zweifelsfrei in der Möglichkeit, be stehende Applikationen auch noch nach der Durchführung von Schemaänderungen ohne Anpassung weiterverwenden zu können. Damit erweitert sich der Einsatzbereich von Sche maänderungen auf sehr große, komponentenbasierte Systeme auf der Basis zahlreicher Einzelapplikationen. - Hinweise für den Datenbankentwurf: Um den Schemaversionierungmechanismus adäquat einsetzen zu können, erweisen sich Aussagen über den Schemaänderungsprozess als notwen dig. Daher haben wir diesen Prozess systematisch in Teilschritte zerlegt, die nacheinander betrachtet werden können. Bereits während der Modellbildung haben wir dort, wo sich ei nem Schemaentwickler Alternativen im Umgang mit COAST bieten, diese aufgezeigt und ihre jeweiligen Konsequenzen untersucht. Im Ergebnis resultiert für den Schemaentwick ler im Vergleich zu unversionierten Systemen ein zusätzlicher Spezifikationsaufwand. Dies ist jedoch für die Erreichung unserer Ziele unvermeidbar und der Gesamtaufwand für die Durchführung einer Schemaänderung reduziert sich dem Versionierungskonzept folgend er heblich, nicht zuletzt, weil aus der Sicht der Applikationsentwickler die volle Transparenz gewährleistet wird. - Realisierungsbetrachtungen: Um Erkenntnisse über den Realisierungsaufwand sowie die zu erwartenden Leistungsmerkmale zu erhalten, haben wir zweierlei Ansätze für eine pro totypische Realisierung untersucht. Zum einen haben wir einen Schemaversionierungsme chanismus als Aufsatz auf dem kommerziellen Objektdatenbanksystem O 2 implementiert. Auch wenn sich dies konzeptionell als möglich erwiesen hat, so haben sich dort an mehre ren Stellen erhebliche Einbußen bezüglich der Transparenz gezeigt [Wöh96]. Daher haben wir uns verstärkt mit dem zweiten, deutlich aufwendigeren Weg beschäftigt: die Eigenent wicklung eines kompletten, objektorientierten Datenbankmanagementsystems, bei dem die Konzepte von COAST transparent und von Anfang an im Kern integriert werden konnten. Die Realisierung der verzögerten Propagation kann bei realistischen Zugriffsprofilen mit einer gewissen Lokalität bezüglich der Schemaversionen größenordnungsmäßig mit unver sionierten Systemen vergleichbare Laufzeiten erreichen. Konzeptionell bedingt muss zwar ein größerer Platzbedarf als bei einem statischen System (ohne Schemaänderungen) in Kauf genommen werden. Im Vergleich zu anderen Konzepten der Schemaevolution, etwa den Ansätzen auf der Basis von isolierten Datenbanken oder mit materialisierten Sichten tritt aber kein Mehraufwand auf. In all diesen Varianten wird, ähnlich wie bei Puffern absichtlich Platz zugunsten einer erhöhten Zugriffsgeschwindigkeit investiert. Je ähnlicher sich verschiedene Schemaversionen sind und je intensiver die Propagation zwischen ihnen demnach ausfällt, desto besser sind die Voraussetzungen für platzsparende Mechanismen auf der Basis von mehreren Schemaversionen gemeinsam genutzter Objektversionen. In die sem Zusammenhang konnten wir eine Reihe von Verbesserungsmöglichkeiten identifizieren, die den COASTPrototyp Systemen auf der Basis von Sichtenmechanismen gleichstellen würden. Übertragbarkeit der Ergebnisse Die Tragfähigkeit der Konzepte des COASTModells für die Unterstützung evolutionärer Sche maänderungen haben wir erfolgreich belegen können. Im folgenden sprechen wir noch einige Möglichkeiten an, die in dieser Abhandlung gewonnenen Erkenntnisse auch im Zusammenhang mit anderen Konzepten einzusetzen. - Abschnitt 2.2 hatte allgemeine Versionierungskonzepte vorgestellt, wie sie typischerweise auf Objekte angewendet werden, um deren inhaltliche Evolution abzubilden. Wir haben dieselben Konzepte in der vorliegenden Arbeit auf Schemata als Instanzen der Metaebene angewendet, um deren evolutionäre Entwicklung zu unterstützen. Dabei hat sich die Ver wendung versionierter Datenbankobjekte ebenfalls als sehr hilfreich erwiesen. Die Versio nen eines Objektes bei der Schemaversionierung repräsentieren ein Objekt in verschiedenen Datentypen. Von Situationen abgesehen, in denen das Modifikationsflag abgeschaltet ist und Änderungen daher gewollt nicht propagiert werden, repräsentieren die Versionen eines Objektes denselben logischen Objektwert. Damit unterscheiden sich die hier verwendeten Objektversionen von denen der klassischen Objektversionierung. Letztere stellen nämlich verschiedene logische Objektwerte dar, die allerdings alle demselben Datentyp entsprechen. Die vorangegangene, vergleichende Betrachtung zeigt einerseits, dass die beiden Formen der Versionierung unterschiedliche Ziele verfolgen, und andererseits legt sie die Vermutung nahe, dass es sich um orthogonale und damit gewinnbringend kombinierbare Ansätze han delt. Verschiedene Typen zur Darstellung desselben logischen Objektwertes hier stehen verschiedenen Objektwerten desselben Typs dort gegenüber. Tatsächlich lässt sich unser Ansatz um Mechanismen zur Objektversionierung erweitern, indem jede unserer Objektversionen nun durch verschiedene klassische Objektversionen ersetzt wird. Damit entsteht ein zweidimensionaler Raum von Objektversionen: entlang der einen Dimension liegt jeweils ein logischer Objektwert in verschiedenen Typen, entlang der anderen Dimension liegen jeweils verschiedene logische Zustände eines Objektes, die durch denselben Typ repräsentiert werden. Um die Kombination der beiden Versionierungskonzepte zu erreichen, sind allerdings noch einige Fragen näher zu untersuchen. Diese beschäftigen sich beispielsweise mit dem Zu sammenhang zwischen den Objektversionen entlang der beiden Dimensionen und mit der Propagation versionierter Objekte. Hier ist beispielsweise zu klären, ob alle, oder wenn nicht welche der logischen Objektwerte eines Objektes in andere Schemaversionen zu pro pagieren sind. Schließlich bietet die Realisierung des integrierten Gesamtkonzeptes zahl reiche Ansatzpunkte für technische Optimierungen und erfordert diese auch, um sowohl den Zeitaufwand für die Propagation als auch den Platzbedarf für die Speicherung der zweidimensional versionierten Objekte zu reduzieren. - Wir waren in der Literaturrecherche auf das Sichtenkonzept als Grundlage zur Simulati on von Schemaänderungen eingegangen und hatten dabei einige Deøzite bei der Lösung der hier betrachteten Aufgabenstellung identiøziert. Dies impliziert jedoch keine Aussa ge über die Tragfähigkeit von Sichten in dem Umfeld, für das sie ursprünglich konzipiert worden waren. Aufgrund der mit COAST erzielten Transparenz, die eine Schemaversion nach außen hin wie ein Schema eines unversionierten Systems erscheinen läßt, kann ein Sichtenkonzept auf dem COASTModell aufgesetzt werden. Konzeptionelle Schwierigkei ten sind durch die Kombination von Sichten und Schemaversionen nicht zu erwarten: Beim Ableiten neuer Schemaversionen können auf den Vorgängern definierte Sichten bei Bedarf mitintegriert werden und das Anlegen, Ändern und Löschen von Sichten kann durch die Primitive des Sichtenmechanismus erfolgen. In einem beide Konzepte integrierenden System kann entsprechend der gestellten Anforderungen entschieden werden, ob diese besser durch Anlegen einer neuen Sicht oder durch Ableiten einer neuen Schemaversion erfüllt werden. - Einen Schritt über die Integration eines separaten Sichtensystems hinaus geht die Über legung, ob Sichten nicht sogar durch Schemaversionen simuliert werden können. Damit wäre dann auch eine vollständig homogene Integration beider Konzepte in einem System erreicht. Um diese Überlegung zu verfolgen, betrachten wir die konzeptionellen Kompo nenten eines Sichtensystems und analysieren kurz, wie diese auf die Konzepte von COAST abgebildet werden können. Die für den Schemaentwickler zu verwendende Schnittstelle eines Sichtensystems ist durch die Sichtendefinitionssprache gegeben. Die dort zur Verfügung stehenden Konstrukte die nen zunächst der Definition des Sichtschemas und sind insoweit durch die Primitive der COASTODL abgedeckt. Darüber hinaus bestimmt eine Sichtendefinition die Extension der Sichtklassen durch Angabe je einer Anfrage, wobei das Ergebnis dieser Anfrage dem Schema der definierten Sichtklasse entsprechen muss bzw. dieses implizit erst bestimmt. Um diesen Teil eines Sichtenkonzeptes zu simulieren, sind in COAST zwei Erweiterungen not wendig. Zum einen wird eine Anfragesprache benötigt. Diese wäre für die Vervollständigung von COAST sowieso erforderlich und könnte sich konzeptionell sehr stark an bestehenden objektorientierten Anfragesprachen orientieren. Ein Anfragesystem muss zu jeder Anfrage zunächst das Schema ihres Resultates ermitteln und dieses könnte dann mit den Primiti ven der COASTODL erstellt werden. Daraufhin muss das Anfragesystem die eigentliche Durchführung der Anfrage auf der Datenbank erledigen. Dies beschreibt gleichzeitig die zweite in COAST erforderliche Erweiterung. Für die Durchführung der Anfrage und ins besondere der darin ggf. enthaltenen Selektion von Objekten müsste eine entsprechende Erweiterung der Propagationssprache von COAST vorgenommen werden. Änderungen von Objekten in Sichtklassen sind aufgrund des Sichtenänderungsproblems i.Allg. nicht durchführbar, da in der Sichtendefinitionssprache keine Möglichkeit besteht, die Auswirkungen einer solchen Änderung auf die Objekte des Basisschemas zu spezifi zieren. Daher bieten einige Konzepte Erweiterungen an, die man in COAST durch Ver wendung von Rückwärtskonvertierungsfunktionen bereits hat. Durch die Vorwärts und Rückwärtskonvertierungsfunktionen können beide Richtungen von Abbildungen zwischen (simuliertem) Basisschema und (simuliertem) Sichtschema sogar homogen durch dasselbe Konzept spezifiziert werden. Die Propagationsflags wären zur Simulation alle eingeschaltet und durch die Verwendung der verzögerten Propagationsmechanismen von COAST liefert die Simulation von Sich ten durch Schemaversionen zusätzlich ein optimiertes Konzept der Materialisierung von Sichten. - Das Konzept der direkten Schemaevolution hatte sich bei der Anwendung in dem hier beschriebenen Einsatzgebiet als zu restriktiv erwiesen. Nichtsdestotrotz kann die direkte Schemaevolution in Einzelfällen für die Durchführung von Schemaänderungen genügen, insbesondere solange noch keine Applikationen für eine Schemaversion implementiert sind. Folgerichtig können Situationen entstehen, wo selbst eingefrorene Schemaversionen noch in eingeschränktem Umfang änderbar wären, auch wenn dies i.Allg. nicht der Fall ist. Daher haben wir eine Kombination der direkten Schemaänderung mit dem Versionierungsansatz auf der Basis des Datenmodells von O 2 untersucht [FL96] (siehe Abschnitt 5.4.2). Dort konnten wir durch eine Klassiøkation der Schemaänderungsprimitive feststellen, ob den im Einzelfall gegebenen Umständen zufolge die Ableitung einer neuen Schemaversion erfor derlich ist oder nicht. Auf diesem Wege kann die Zahl entstehender Schemaversionen und damit auch der sich ergebende Verwaltungsaufwand reduziert werden. - Die in Datenbanksystemen benötigten Änderungsoperationen lassen sich drei elementaren Kategorien zuordnen:
Scenegraph LoD-Analyse
(2012)
Level of Detail-Verfahren sind in der Computergrafik alltäglich und allgegenwärtig. Da das Thema seit Jahren ein aktiv bearbeitetes Feld in der Wissenschaft ist, existiert eine extreme Fülle an Verfahren mit unterschiedlichen Ansätzen oder Verfeinerungen. Es ist jedoch sehr schwer, die Unterschiede zwischen den Verfahren zu quantifizieren. Jede Arbeit nutzt ihre eigenen Testfälle und Methoden, wodurch sich selten echte Rückschlüsse auf Vergleiche zu anderen Verfahren ziehen lassen. Um hier einen Ansatz zur Lösung dieses Problems zu präsentieren, wird vorgeschlagen, ein allgemein nutzbares Testframework zu erstellen, das geeignet ist, LOD-Verfahren auf unterschiedliche Aspekte hin zu untersuchen. Es wird eine Reihe von konkreten Tests und ein dazugehöriges Programm als Rahmenwerk vorgestellt werden, das einen solchen Ansatz implementiert. Diese Testimplementierung ist bewusst einfach gehalten, sie wird jedoch einen guten Überblick darüber geben, welche Probleme es zu lösen gilt und worauf dabei geachtet werden muss.
Scattering studies with low-energy kaon-proton femtoscopy in proton–proton collisions at the LHC
(2020)
The study of the strength and behaviour of the antikaon-nucleon (K¯¯¯¯N) interaction constitutes one of the key focuses of the strangeness sector in low-energy Quantum Chromodynamics (QCD). In this letter a unique high-precision measurement of the strong interaction between kaons and protons, close and above the kinematic threshold, is presented. The femtoscopic measurements of the correlation function at low pair-frame relative momentum of (K+ p ⊕ K− p¯¯¯) and (K− p ⊕ K+ p¯¯¯) pairs measured in pp collisions at s√ = 5, 7 and 13 TeV are reported. A structure observed around a relative momentum of 58 MeV/c in the measured correlation function of (K− p ⊕ K+ p¯¯¯) with a significance of 4.4. σ constitutes the first experimental evidence for the opening of the (K¯¯¯¯0n⊕K0n¯¯¯) isospin breaking channel due to the mass difference between charged and neutral kaons. The measured correlation functions have been compared to Jülich and Kyoto models in addition to the Coulomb potential. The high-precision data at low relative momenta presented in this work prove femtoscopy to be a powerful complementary tool to scattering experiments and provide new constraints above the K¯¯¯¯N threshold for low-energy QCD chiral models.
Scattering studies with low-energy kaon-proton femtoscopy in proton-proton collisions at the LHC
(2020)
The study of the strength and behaviour of the antikaon-nucleon (K¯¯¯¯N) interaction constitutes one of the key focuses of the strangeness sector in low-energy Quantum Chromodynamics (QCD). In this letter a unique high-precision measurement of the strong interaction between kaons and protons, close and above the kinematic threshold, is presented. The femtoscopic measurements of the correlation function at low pair-frame relative momentum of (K+ p ⊕ K− p¯¯¯) and (K− p ⊕ K+ p¯¯¯) pairs measured in pp collisions at s√ = 5, 7 and 13 TeV are reported. A structure observed around a relative momentum of 58 MeV/c in the measured correlation function of (K− p ⊕ K+ p¯¯¯) with a significance of 4.4. σ constitutes the first experimental evidence for the opening of the (K¯¯¯¯0n⊕K0n¯¯¯) isospin breaking channel due to the mass difference between charged and neutral kaons. The measured correlation functions have been compared to Jülich and Kyoto models in addition to the Coulomb potential. The high-precision data at low relative momenta presented in this work prove femtoscopy to be a powerful complementary tool to scattering experiments and provide new constraints above the K¯¯¯¯N threshold for low-energy QCD chiral models.
Scattering studies with low-energy kaon-proton femtoscopy in
proton–proton collisions at the LHC
(2019)
The study of the strength and behaviour of the antikaon-nucleon (K¯¯¯¯N) interaction constitutes one of the key focuses of the strangeness sector in low-energy Quantum Chromodynamics (QCD). In this letter a unique high-precision measurement of the strong interaction between kaons and protons, close and above the kinematic threshold, is presented. The femtoscopic measurements of the correlation function at low pair-frame relative momentum of (K+ p ⊕ K− p¯¯¯) and (K− p ⊕ K+ p¯¯¯) pairs measured in pp collisions at s√ = 5, 7 and 13 TeV are reported. A structure observed around a relative momentum of 58 MeV/c in the measured correlation function of (K− p ⊕ K+ p¯¯¯) constitutes the first experimental evidence for the opening of the (K¯¯¯¯0n⊕K0n¯¯¯) isospin breaking channel due to the mass difference between charged and neutral kaons. The measured correlation functions have been compared to several models. The high-precision data at low relative momenta presented in this work prove femtoscopy to be a powerful complementary tool to scattering experiments and provide new constraints above the K¯¯¯¯N threshold for low-energy QCD chiral models.
Though the range of invariance in recognition of novel objects is a basic aspect of human vision, its characterization has remained surprisingly elusive. Here we report tolerance to scale and position changes in one-shot learning by measuring recognition accuracy of Korean letters presented in a flash to non-Korean subjects who had no previous experience with Korean letters. We found that humans have significant scale-invariance after only a single exposure to a novel object. The range of translation-invariance is limited, depending on the size and position of presented objects. To understand the underlying brain computation associated with the invariance properties, we compared experimental data with computational modeling results. Our results suggest that to explain invariant recognition of objects by humans, neural network models should explicitly incorporate built-in scale-invariance, by encoding different scale channels as well as eccentricity-dependent representations captured by neurons’ receptive field sizes and sampling density that change with eccentricity. Our psychophysical experiments and related simulations strongly suggest that the human visual system uses a computational strategy that differs in some key aspects from current deep learning architectures, being more data efficient and relying more critically on eye-movements.
Considered are the classes QL (quasilinear) and NQL (nondet quasllmear) of all those problems that can be solved by deterministic (nondetermlnlsttc, respectively) Turmg machines in time O(n(log n) ~) for some k Effloent algorithms have time bounds of th~s type, it is argued. Many of the "exhausUve search" type problems such as satlsflablhty and colorabdlty are complete in NQL with respect to reductions that take O(n(log n) k) steps This lmphes that QL = NQL iff satisfiabdlty is m QL CR CATEGORIES: 5.25
Robuste Anaphernresolution
(2004)
Point-based geometry representations have become widely used in numerous contexts, ranging from particle-based simulations, over stereo image matching, to depth sensing via light detection and ranging. Our application focus is on the reconstruction of curved line structures in noisy 3D point cloud data. Respective algorithms operating on such point clouds often rely on the notion of a local neighborhood. Regarding the latter, our approach employs multi-scale neighborhoods, for which weighted covariance measures of local points are determined. Curved line structures are reconstructed via vector field tracing, using a bidirectional piecewise streamline integration. We also introduce an automatic selection of optimal starting points via multi-scale geometric measures. The pipeline development and choice of parameters was driven by an extensive, automated initial analysis process on over a million prototype test cases. The behavior of our approach is controlled by several parameters — the majority being set automatically, leaving only three to be controlled by a user. In an extensive, automated final evaluation, we cover over one hundred thousand parameter sets, including 3D test geometries with varying curvature, sharp corners, intersections, data holes, and systematically applied varying types of noise. Further, we analyzed different choices for the point of reference in the co-variance computation; using a weighted mean performed best in most cases. In addition, we compared our method to current, publicly available line reconstruction frameworks. Up to thirty times faster execution times were achieved in some cases, at comparable error measures. Finally, we also demonstrate an exemplary application on four real-world 3D light detection and ranging datasets, extracting power line cables.
We consider matching, rewriting, critical pairs and the Knuth-Bendix confluence test on rewrite rules in a nominal setting extended by atom-variables. Computing critical pairs is done using nominal unification, and rewriting using nominal matching. We utilise atom-variables to formulate rewrite rules, which is an improvement over previous approaches, using usual nominal unification, nominal matching and nominal equivalence of expressions coupled with a freshness constraint. We determine the complexity of several problems in a quantified freshness logic. In particular we show that nominal matching is Πp2-complete. We prove that the adapted Knuth-Bendix confluence test is applicable to a nominal rewrite system with atom-variabes and thus, that there is a decidable test whether confluence of the ground instance of the abstract rewrite system holds. We apply the nominal Knuth Bendix confluence criterion to the theory of monads, and compute a convergent nominal rewrite system modulo alpha-equivalence.
We introduce rewriting of meta-expressions which stem from a meta-language that uses higher-order abstract syntax augmented by meta-notation for recursive let, contexts, sets of bindings, and chain variables. Additionally, three kinds of constraints can be added to meta-expressions to express usual constraints on evaluation rules and program transformations. Rewriting of meta-expressions is required for automated reasoning on programs and their properties. A concrete application is a procedure to automatically prove correctness of program transformations in higher-order program calculi which may permit recursive let-bindings as they occur in functional programming languages. Rewriting on meta-expressions can be performed by solving the so-called letrec matching problem which we introduce. We provide a matching algorithm to solve it. We show that the letrec matching problem is NP-complete, that our matching algorithm is sound and complete, and that it runs in non-deterministic polynomial time.
Diese Arbeit plädiert für eine rationale Behandlung von Patientendaten und untersucht dazu die Analyse der Daten mit Hilfe neuronale Netze etwas näher. Erfolgreiche Beispielanwendungen zeigen, daß die menschlichen Diagnosefähigkeiten deutlich schlechter sind als neuronale Diagnosesysteme. Für das Beispiel der neueren Architektur mit RBF-Netzen wird die Funktionalität näher erläutert und gezeigt, wie menschliche und neuronale Expertise miteinander gekoppelt werden kann. Der Ausblick deutet Anwendungen und Praxisproblematik derartiger Systeme an.
Human readers have the ability to infer knowledge from text, even if that particular information is not explicitly stated. In this thesis, we address the phenomena of text-level implicit information and outline novel automated methods for its recovery.
The main focus of this work is on two types of unexpressed content that arises between sentences (implicit discourse relations) and within sentences (implicit semantic roles).
Traditional approaches mostly rely on costly rich linguistic features, e.g., sentiment or frame-based lexicons, and require heuristics or manual feature engineering.
As an improvement, we propose a collection of generic resource-lean methods, implemented in the form of statistical background knowledge or by means of neural architectures.
Our models are largely language-independent and produce state-of-the-art performance, e.g., in the classification of Chinese implicit discourse relations, or the detection of locally covert predicative arguments in free texts.
In novel experiments, we quantitatively demonstrate that both types of implicit information are mutually dependent insofar as, for instance, some implicit roles directly correlate with implicit discourse relations of similar properties.
We show that implicit information processing further benefits downstream applications and demonstrate its applicability to the higher-level task of narrative story understanding.
In the conclusion of the dissertation, we argue for the need of implicit information processing in order to realize the goal of true natural language understanding.
Syntactic coindexing restrictions are by now known to be of central importance to practical anaphor resolution approaches. Since, in particular due to structural ambiguity, the assumption of the availability of a unique syntactic reading proves to be unrealistic, robust anaphor resolution relies on techniques to overcome this deficiency. In this paper, two approaches are presented which generalize the verification of coindexing constraints to de cient descriptions. At first, a partly heuristic method is described, which has been implemented. Secondly, a provable complete method is specified. It provides the means to exploit the results of anaphor resolution for a further structural disambiguation. By rendering possible a parallel processing model, this method exhibits, in a general sense, a higher degree of robustness. As a practically optimal solution, a combination of the two approaches is suggested.
First results on K/π, p/π and K/p fluctuations are obtained with the ALICE detector at the CERN LHC as a function of centrality in Pb-Pb collisions at sNN−−−√=2.76 TeV. The observable νdyn, which is defined in terms of the moments of particle multiplicity distributions, is used to quantify the magnitude of dynamical fluctuations of relative particle yields and also provides insight into the correlation between particle pairs. This study is based on a novel experimental technique, called the Identity Method, which allows one to measure the moments of multiplicity distributions in case of incomplete particle identification. The results for p/π show a change of sign in νdyn from positive to negative towards more peripheral collisions. For central collisions, the results follow the smooth trend of the data at lower energies and νdyn exhibits a change in sign for p/π and K/p.
First results on K/π, p/π and K/p fluctuations are obtained with the ALICE detector at the CERN LHC as a function of centrality in Pb-Pb collisions at sNN−−−√=2.76 TeV. The observable νdyn, which is defined in terms of the moments of particle multiplicity distributions, is used to quantify the magnitude of dynamical fluctuations of relative particle yields and also provides insight into the correlation between particle pairs. This study is based on a novel experimental technique, called the Identity Method, which allows one to measure the moments of multiplicity distributions in case of incomplete particle identification. The results for p/π show a change of sign in νdyn from positive to negative towards more peripheral collisions. For central collisions, the results follow the smooth trend of the data at lower energies and νdyn exhibits a change in sign for p/π and K/p.
This paper considers the logic FOcard, i.e., first-order logic with cardinality predicates that can specify the size of a structure modulo some number. We study the expressive power of FOcard on the class of languages of ranked, finite, labelled trees with successor relations. Our first main result characterises the class of FOcard-definable tree languages in terms of algebraic closure properties of the tree languages. As it can be effectively checked whether the language of a given tree automaton satisfies these closure properties, we obtain a decidable characterisation of the class of regular tree languages definable in FOcard. Our second main result considers first-order logic with unary relations, successor relations, and two additional designated symbols < and + that must be interpreted as a linear order and its associated addition. Such a formula is called addition-invariant if, for each fixed interpretation of the unary relations and successor relations, its result is independent of the particular interpretation of < and +. We show that the FOcard-definable tree languages are exactly the regular tree languages definable in addition-invariant first-order logic. Our proof techniques involve tools from algebraic automata theory, reasoning with locality arguments, and the use of logical interpretations. We combine and extend methods developed by Benedikt and Segoufin (ACM ToCL, 2009) and Schweikardt and Segoufin (LICS, 2010).
The interactive verification system VeriFun is based on a polymorphic call-by-value functional language and on a first-order logic with initial model semantics w.r.t. constructors. It is designed to perform automatic induction proofs and can also deal with partial functions. This paper provides a reconstruction of the corresponding logic and semantics using the standard treatment of undefinedness which adapts and improves the VeriFun-logic by allowing reasoning on nonterminating expressions and functions. Equality of expressions is defined as contextual equivalence based on observing termination in all closing contexts. The reconstruction shows that several restrictions of the VeriFun framework can easily be removed, by natural generalizations: mutual recursive functions, abstractions in the data values, and formulas with arbitrary quantifier prefix can be formulated. The main results of this paper are: an extended set of deduction rules usable in VeriFun under the adapted semantics is proved to be correct, i.e. they respect the observational equivalence in all extensions of a program. We also show that certain classes of theorems are conservative under extensions, like universally quantified equations. Also other special classes of theorems are analyzed for conservativity.
The interactive verification system VeriFun is based on a polymorphic call-by-value functional language and on a first-order logic with initial model semantics w.r.t. constructors. This paper provides a reconstruction of the corresponding logic when partial functions are permitted. Typing is polymorphic for the definition of functions but monomorphic for terms in formulas. Equality of terms is defined as contextual equivalence based on observing termination in all contexts. The reconstruction also allows several generalizations of the functional language like mutual recursive functions and abstractions in the data values. The main results are: Correctness of several program transformations for all extensions of a program, which have a potential usage in a deduction system. We also proved that universally quantified equations are conservative, i.e. if a universally quantified equation is valid w.r.t. a program P, then it remains valid if the program is extended by new functions and/or new data types.
A logical framework consisting of a polymorphic call-by-value functional language and a first-order logic on the values is presented, which is a reconstruction of the logic of the verification system VeriFun. The reconstruction uses contextual semantics to define the logical value of equations. It equates undefinedness and non-termination, which is a standard semantical approach. The main results of this paper are: Meta-theorems about the globality of several classes of theorems in the logic, and proofs of global correctness of transformations and deduction rules. The deduction rules of VeriFun are globally correct if rules depending on termination are appropriately formulated. The reconstruction also gives hints on generalizations of the VeriFun framework: reasoning on nonterminating expressions and functions, mutual recursive functions and abstractions in the data values, and formulas with arbitrary quantifier prefix could be allowed.
In this paper we demonstrate how to relate the semantics given by the nondeterministic call-by-need calculus FUNDIO [SS03] to Haskell. After introducing new correct program transformations for FUNDIO, we translate the core language used in the Glasgow Haskell Compiler into the FUNDIO language, where the IO construct of FUNDIO corresponds to direct-call IO-actions in Haskell. We sketch the investigations of [Sab03b] where a lot of program transformations performed by the compiler have been shown to be correct w.r.t. the FUNDIO semantics. This enabled us to achieve a FUNDIO-compatible Haskell-compiler, by turning o not yet investigated transformations and the small set of incompatible transformations. With this compiler, Haskell programs which use the extension unsafePerformIO in arbitrary contexts, can be compiled in a "safe" manner.
Funktionale Programmiersprachen weisen viele Eigenschaften auf, die zur modernen Softwareentwicklung benotigt werden: Zuverlässigkeit, Modularisierung, Wiederverwendbarkeit und Verifizierbarkeit. Als schwer vereinbar mit diesen Sprachen stellte sich die Einbettung von Seiteneffekten in diese Sprachen heraus. Nach einigen mehr oder weniger gescheiterten Ansätzen hat sich mittlerweile fur die nichtstrikte funktionale Sprache Haskell der monadische Ansatz durchgesetzt, bei dem die Seiteneffekte geschickt verpackt werden, so dass zumindest IO-behaftete Teile eines Haskell-Programms dem klassischen imperativen Programmierstil ähneln. S. Peyton Jones bringt dieses in [Pey01, Seite 3] auf den Punkt, indem er schreibt "...Haskell is the world's finest imperative programming language." Dies ist einerseits vorteilhaft, denn die klassischen Programmiertechniken können angewendet werden, andererseits bedeutet dies auch eine Rückkehr zu altbekannten Problemen in diesen Sprachen: Der Programmcode wird unverständlicher, die Wiederverwendbarkeit von Code verschlechtert sich, Änderungen im Programm sind aufwendig. Zudem erscheint die monadische Programmierung teilweise umständlich. Deshalb wurde im Zuge der Entwicklung in fast jede Implementierung von Haskell ein Konstrukt eingebaut, dass von monadischem IO zu direktem IO führt. Da dieses nicht mit dem bisherigen Ansatz vereinbar schien, wird es als "unsafe" bezeichnet, die entsprechende Funktion heißt "unsafePerformIO". Zahlreiche Anwendungen benutzten diese Funktion, teilweise scheint die Verwendung zumindest aus Effizienzgründen unabdingbar. Allerdings ist die Frage, wann dieses verwendet werden darf, d.h. so angewendet wird, dass es nicht "unsicher" ist, nur unzureichend geklärt. Das Zitat in Abbildung 1.1 gibt wenig Aufschluss über die korrekte Anwendung, zumal immer wieder Diskussionen entstehen, ob die Verwendung von unsafePerformIO in diesem oder jenem Spezialfall korrekt ist.
The selection of features for classification, clustering and approximation is an important task in pattern recognition, data mining and soft computing. For real-valued features, this contribution shows how feature selection for a high number of features can be implemented using mutual in-formation. Especially, the common problem for mutual information computation of computing joint probabilities for many dimensions using only a few samples is treated by using the Rènyi mutual information of order two as computational base. For this, the Grassberger-Takens corre-lation integral is used which was developed for estimating probability densities in chaos theory. Additionally, an adaptive procedure for computing the hypercube size is introduced and for real world applications, the treatment of missing values is included. The computation procedure is accelerated by exploiting the ranking of the set of real feature values especially for the example of time series. As example, a small blackbox-glassbox example shows how the relevant features and their time lags are determined in the time series even if the input feature time series determine nonlinearly the output. A more realistic example from chemical industry shows that this enables a better ap-proximation of the input-output mapping than the best neural network approach developed for an international contest. By the computationally efficient implementation, mutual information becomes an attractive tool for feature selection even for a high number of real-valued features.
Grafik-Hardware ist programmierbar geworden. Graphic Processing Units (GPUs) der neuen Generation wie der GeForce3 von NVIDIA enthalten Prozessoren, die es dem Software-Entwickler erlauben kurze Routinen auf der Grafik-Hardware auszuführen. Ich gebe in dieser Arbeit einen umfassenden Überblick über die Architekur und Leistungsfähigkeit dieser neuen Chipgeneration, zeige deren Stärken und Schwächen auf und diskutiere Verbesserungsvorschläge. Als Teil der Arbeit präsentiere ich einige von mir entwickelte Schattierungsverfahren, sowie eine Wassersimulation. Diese Demonstratoren sind darauf ausgerichtet vollständig auf den Prozessoren der neuen Grafikchip- Generation zu laufen. Als Antwort auf die Mängel der zur Zeit verfügbaren Application Programming Interfaces stelle ich ein alternatives Interface zur Steuerung der neuen GPUKomponenten vor, das insbesondere die Austauschbarkeit und Kombinierbarkeit von GPU-Programmen unterstützt.
At the Large Hadron Collider at CERN in Geneva, Switzerland, atomic nuclei are collided at ultra-relativistic energies. Many final-state particles are produced in each collision and their properties are measured by the ALICE detector. The detector signals induced by the produced particles are digitized leading to data rates that are in excess of 48 GB/s. The ALICE High Level Trigger (HLT) system pioneered the use of FPGA- and GPU-based algorithms to reconstruct charged-particle trajectories and reduce the data size in real time. The results of the reconstruction of the collision events, available online, are used for high level data quality and detector-performance monitoring and real-time time-dependent detector calibration. The online data compression techniques developed and used in the ALICE HLT have more than quadrupled the amount of data that can be stored for offline event processing.
At the Large Hadron Collider at CERN in Geneva, Switzerland, atomic nuclei are collided at ultra-relativistic energies. Many final-state particles are produced in each collision and their properties are measured by the ALICE detector. The detector signals induced by the produced particles are digitized leading to data rates that are in excess of 48 GB/s. The ALICE High Level Trigger (HLT) system pioneered the use of FPGA- and GPU-based algorithms to reconstruct charged-particle trajectories and reduce the data size in real time. The results of the reconstruction of the collision events, available online, are used for high level data quality and detector-performance monitoring and real-time time-dependent detector calibration. The online data compression techniques developed and used in the ALICE HLT have more than quadrupled the amount of data that can be stored for offline event processing.
At the Large Hadron Collider at CERN in Geneva, Switzerland, atomic nuclei are collided at ultra-relativistic energies. Many final-state particles are produced in each collision and their properties are measured by the ALICE detector. The detector signals induced by the produced particles are digitized leading to data rates that are in excess of 48 GB/s. The ALICE High Level Trigger (HLT) system pioneered the use of FPGA- and GPU-based algorithms to reconstruct charged-particle trajectories and reduce the data size in real time. The results of the reconstruction of the collision events, available online, are used for high level data quality and detector-performance monitoring and real-time time-dependent detector calibration. The online data compression techniques developed and used in the ALICE HLT have more than quadrupled the amount of data that can be stored for offline event processing.
Raytracing und Szenengraphen
(2006)
Raytracing ist ein bekanntes Verfahren zur Erzeugung fotorealistischer Bilder. Globale Beleuchtungseffekte einer 3D-Szene werden durch das Raytracing-Verfahren physikalisch korrekt dargestellt. Erst aktuelle Forschungsarbeiten ermöglichen es, das sehr rechenintensive Verfahren bei interaktiven Bildraten in Echtzeit zu berechnen. Komplexe 3D-Szenen, wie sie beispielsweise in 3D-Spielen oder Simulationen vorkommen, können durch einen Szenengraphen modelliert und animiert werden. Damit die Rendering-Ergebnisse eines Szenengraphen näher an einem realen Bild liegen, ist es erforderlich das Raytracing-Verfahren in einen Szenengraphen einzugliedern. In dieser Arbeit werden die Möglichkeiten zur Integration eines Echtzeit-Raytracers in eine Szenengraph-API untersucht. Ziel dieser Diplomarbeit ist die Darstellung dynamischer Szenen bei interaktiven Bildraten unter Verwendung des Raytracing-Verfahrens auf einem herkömmlichen PC. Zunächst müssen bestehende Open Source Szenengraph-APIs und aktuelle Echtzeit-Raytracer auf ihre Eignung zur Integration hin überprüft werden. Bei der Verarbeitung dynamischer Szenen spielt die verwendete Beschleunigungsdatenstruktur des Raytracers eine entscheidende Rolle. Da eine komplette Neuerstellung der Datenstruktur in jedem Bild zuviel Zeit in Anspruch nimmt, ist eine schnelle und kostengünstige Aktualisierung erforderlich. Die in [LAM01] vorgestellte Lösung, eine Hüllkörperhierarchie (BVH) als Beschleunigungsdatenstruktur zu verwenden, fügt sich sehr gut in das Konzept eines Szenengraphen ein. Dadurch wird eine einfache Aktualisierung ermöglicht. Um das Ziel dieser Arbeit zu erreichen, ist es notwendig, die Parallelisierbarkeit des Raytracing-Verfahrens auszunutzen. Purcell zeigt in [Pur04], dass Grafikprozessoren (GPUs) neben ihrer eigentlichen Aufgabe auch für allgemeine, parallele Berechnungen wie das Raytracing verwendet werden können. Die in bisherigen Arbeiten über GPU-basiertes Raytracing entwickelten Systeme können dynamische Szenen nicht bei interaktiven Bildraten darstellen. Aus diesem Grund wird in dieser Diplomarbeit ein neues System konzipiert und implementiert, das den in [TS05] entwickelten Raytracer erweitert und in die Open Source Szenengraph-API OGRE 3D integriert. Das implementierte System ermöglicht die Darstellung statischer und dynamischer Szenen unter Verwendung einer Consumer-Grafikkarte bei interaktiven Bildraten. Durch seine Erweiterbarkeit bildet das System das Grundgerüst für ein Realtime-High-Quality-Rendering-System.
Raytracing und Szenegraphen
(2006)
Raytracing ist ein bekanntes Verfahren zur Erzeugung fotorealistischer Bilder. Globale Beleuchtungseffekte einer 3D-Szene werden durch das Raytracing-Verfahren physikalisch korrekt dargestellt. Erst aktuelle Forschungsarbeiten erm¨oglichen es, das sehr rechenintensive Verfahren bei interaktiven Bildraten in Echtzeit zu berechnen.
Komplexe 3D-Szenen, wie sie beispielsweise in 3D-Spielen oder Simulationen vorkommen, können durch einen Szenengraphen modelliert und animiert werden. Damit die Rendering-Ergebnisse eines Szenengraphen n¨aher an einem realen Bild liegen, ist es erforderlich das Raytracing-Verfahren in einen Szenengraphen einzugliedern.
In dieser Arbeit werden die Möglichkeiten zur Integration eines Echtzeit-Raytracers in eine Szenengraph-API untersucht. Ziel dieser Diplomarbeit ist die Darstellung dynamischer Szenen bei interaktiven Bildraten unter Verwendung des Raytracing-Verfahrens auf einem herk¨ommlichen PC. Zun¨achst m¨ussen bestehende Open Source Szenengraph-APIs und aktuelle Echtzeit-Raytracer auf ihre Eignung zur Integration hin überprüft werden.
Bei der Verarbeitung dynamischer Szenen spielt die verwendete Beschleunigungsdatenstruktur des Raytracers eine entscheidende Rolle. Da eine komplette Neuerstellung der Datenstruktur in jedem Bild zuviel Zeit in Anspruch nimmt, ist eine schnelle und kostengünstige Aktualisierung erforderlich. Die in [LAM01] vorgestellte Lösung, eine Hüllkörperhierarchie (BVH) als Beschleunigungsdatenstruktur zu verwenden, fügt sich sehr gut in das Konzept eines Szenengraphen ein. Dadurch wird eine einfache Aktualisierung ermöglicht.
Um das Ziel dieser Arbeit zu erreichen, ist es notwendig, die Parallelisierbarkeit des Raytracing-Verfahrens auszunutzen. Purcell zeigt in [Pur04], dass Grafikprozessoren (GPUs) neben ihrer eigentlichen Aufgabe auch für allgemeine, parallele Berechnungen wie das Raytracing verwendet werden können.
Die in bisherigen Arbeiten über GPU-basiertes Raytracing entwickelten Systeme können dynamische Szenen nicht bei interaktiven Bildraten darstellen. Aus diesem Grund wird in dieser Diplomarbeit ein neues System konzipiert und implementiert, das den in [TS05] entwickelten Raytracer erweitert und in die Open Source Szenengraph-API OGRE 3D integriert.
Das implementierte System ermöglicht die Darstellung statischer und dynamischer Szenen unter Verwendung einer Consumer-Grafikkarte bei interaktiven Bildraten. Durch seine Erweiterbarkeit bildet das System das Grundger¨ust für ein Realtime-High-Quality-Rendering-System.
The production yields of antideuterons and antiprotons are measured in pp collisions at a center-of-mass energy of √s=13 TeV, as a function of transverse momentum (pT) and rapidity (y), for the first time up to |y|=0.7. The measured spectra are used to study the pT and rapidity dependence of the coalescence parameter B2, which quantifies the coalescence probability of antideuterons. The pT and rapidity dependence of the obtained B2 is extrapolated for pT>1.7 GeV/c and |y|>0.7 using the phenomenological antideuteron production model implemented in PYTHIA 8.3 as well as a baryon coalescence afterburner model based on EPOS 3. Such measurements are of interest to the astrophysics community, since they can be used for the calculation of the flux of antinuclei from cosmic rays, in combination with coalescence models.
We have studied the transverse-momentum (pT) dependence of the inclusive J/ψ production in p-Pb collisions at sNN−−−√=5.02 TeV, in three center-of-mass rapidity (ycms) regions, down to zero pT. Results in the forward and backward rapidity ranges (2.03<ycms<3.53 and −4.46<ycms<−2.96) are obtained by studying the J/ψ decay to μ+μ−, while the mid-rapidity region (−1.37<ycms<0.43) is investigated by measuring the e+e− decay channel. The pT dependence of the J/ψ production cross section and nuclear modification factor are presented for each of the rapidity intervals, as well as the J/ψ mean pT values. Forward and mid-rapidity results show a suppression of the J/ψ yield, with respect to pp collisions, which decreases with increasing pT. At backward rapidity no significant J/ψ suppression is observed. Theoretical models including a combination of cold nuclear matter effects such as shadowing and partonic energy loss, are in fair agreement with the data, except at forward rapidity and low transverse momentum. The implications of the p-Pb results for the evaluation of cold nuclear matter effects on J/ψ production in Pb-Pb collisions are also discussed.
We have studied the transverse-momentum (pT) dependence of the inclusive J/ψ production in p-Pb collisions at sNN−−−√=5.02 TeV, in three center-of-mass rapidity (ycms) regions, down to zero pT. Results in the forward and backward rapidity ranges (2.03<ycms<3.53 and −4.46<ycms<−2.96) are obtained by studying the J/ψ decay to μ+μ−, while the mid-rapidity region (−1.37<ycms<0.43) is investigated by measuring the e+e− decay channel. The pT dependence of the J/ψ production cross section and nuclear modification factor are presented for each of the rapidity intervals, as well as the J/ψ mean pT values. Forward and mid-rapidity results show a suppression of the J/ψ yield, with respect to pp collisions, which decreases with increasing pT. At backward rapidity no significant J/ψ suppression is observed. Theoretical models including a combination of cold nuclear matter effects such as shadowing and partonic energy loss, are in fair agreement with the data, except at forward rapidity and low transverse momentum. The implications of the p-Pb results for the evaluation of cold nuclear matter effects on J/ψ production in Pb-Pb collisions are also discussed.
We have studied the transverse-momentum (pT) dependence of the inclusive J/ψ production in p-Pb collisions at sNN−−−√=5.02 TeV, in three center-of-mass rapidity (ycms) regions, down to zero pT. Results in the forward and backward rapidity ranges (2.03<ycms<3.53 and −4.46<ycms<−2.96) are obtained by studying the J/ψ decay to μ+μ−, while the mid-rapidity region (−1.37<ycms<0.43) is investigated by measuring the e+e− decay channel. The pT dependence of the J/ψ production cross section and nuclear modification factor are presented for each of the rapidity intervals, as well as the J/ψ mean pT values. Forward and mid-rapidity results show a suppression of the J/ψ yield, with respect to pp collisions, which decreases with increasing pT. At backward rapidity no significant J/ψ suppression is observed. Theoretical models including a combination of cold nuclear matter effects such as shadowing and partonic energy loss, are in fair agreement with the data, except at forward rapidity and low transverse momentum. The implications of the p-Pb results for the evaluation of cold nuclear matter effects on J/ψ production in Pb-Pb collisions are also discussed.
Rapidity and transverse momentum dependence of inclusive J/ψ production in pp collisions at √s=7 TeV
(2011)
The ALICE experiment at the LHC has studied inclusive J/ψ production at central and forward rapidities in pp collisions at √s=7 TeV. In this Letter, we report on the first results obtained detecting the J/ψ through the dilepton decay into e+e− and μ+μ− pairs in the rapidity ranges |y|<0.9 and 2.5<y<4, respectively, and with acceptance down to zero pT. In the dielectron channel the analysis was carried out on a data sample corresponding to an integrated luminosity Lint=5.6 nb−1 and the number of signal events is NJ/ψ=352±32(stat.)±28(syst.); the corresponding figures in the dimuon channel are Lint=15.6 nb−1 and NJ/ψ=1924±77(stat.)±144(syst.). The measured production cross sections are σJ/ψ(|y|<0.9)=10.7±1.0(stat.)±1.6(syst.)−2.3+1.6(syst.pol.)μb and σJ/ψ(2.5<y<4)=6.31±0.25(stat.)±0.76(syst.)−1.96+0.95(syst.pol.)μb. The differential cross sections, in transverse momentum and rapidity, of the J/ψ were also measured.
Detectors of modern high-energy physics experiments generate huge data rates during operation. The efficient read-out of this data from the front-end electronics is a sophisticated task, the main challenges, however, may vary from experiment to experiment. The Compressed Baryonic Matter (CBM) experiment that is currently under construction at the Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) in Darmstadt/Germany foresees a novel approach for data acquisition.
Unlike previous comparable experiments that organize data read-out based on global, hierarchical trigger decisions, CBM is based on free-running and self-triggered front-end electronics. Data is pushed to the next stage of the read-out chain rather than pulled from the buffers of the previous stage. This new paradigm requires a completely new development of read-out electronics.
As one part of this thesis, a firmware for a read-out controller to interface such a free-running and self-triggered front-end ASIC, the GET4 chip, was implemented. The firmware in question was developed to run on a Field Programmable Gate Array (FPGA). An FPGA is an integrated circuit whose behavior can be reconfigured "in the field" which offers a lot of flexibility, bugs can be fixed and also completely new features can be added, even after the hardware has already been installed. Due to these general advantages, the usage of FPGAs is desired for the final experiment. However, there is also a drawback to the usage of FPGAs. The only affordable FPGAs today are based on either SRAM or Flash technology and both cannot easily be operated in a radiation environment.
SRAM-based devices suffer severely from Single Event Upsets (SEUs) and Flash-based FPGAs deteriorate too fast from Total Ionizing Dose (TID) effects.
Several radiation mitigation techniques exist for SRAM-based FPGAs, but careful evaluation for each use case is required. For CBM it is not clear if the higher resource consumption of added redundancy, that more or less directly translates in to additional cost, outweighs the advantaged of using FPGAs. In addition, it is even not clear if radiation mitigation techniques (e.g. scrubbing) that were already successfully put into operation in space applications also work as efficiently at the much higher particle rates expected at CBM.
In this thesis, existing radiation mitigation techniques have been analyzed and eligible techniques have been implemented for the above-mentioned read-out controller. To minimize additional costs, redundancy was only implemented for selected parts of the design.
Finally, the radiation mitigated read-out controller was tested by mounting the device directly into a particle beam at Forschungszentrum Jülich. The tests show that the radiation mitigation effect of the implemented techniques remains sound, even at a very high particle flux and with only part of the design protected by costly redundancy.
The promising results of the in-beam tests suggest to use FPGAs in the read-out chain of the CBM-ToF detector.
Finding motifs in biological, social, technological, and other types of networks has become a widespread method to gain more knowledge about these networks’ structure and function. However, this task is very computationally demanding, because it is highly associated with the graph isomorphism which is an NP problem (not known to belong to P or NP-complete subsets yet). Accordingly, this research is endeavoring to decrease the need to call NAUTY isomorphism detection method, which is the most time-consuming step in many existing algorithms. The work provides an extremely fast motif detection algorithm called QuateXelero, which has a Quaternary Tree data structure in the heart. The proposed algorithm is based on the well-known ESU (FANMOD) motif detection algorithm. The results of experiments on some standard model networks approve the overal superiority of the proposed algorithm, namely QuateXelero, compared with two of the fastest existing algorithms, G-Tries and Kavosh. QuateXelero is especially fastest in constructing the central data structure of the algorithm from scratch based on the input network.
Purpose: To identify transjugular intrahepatic portosystemic shunt (TIPS) thrombosis in abdominal CT scans applying quantitative image analysis.
Materials and methods: We retrospectively screened 184 patients to include 20 patients (male, 8; female, 12; mean age, 60.7 ± 8.87 years) with (case, n = 10) and without (control, n = 10) in-TIPS thrombosis who underwent clinically indicated contrast-enhanced and unenhanced abdominal CT followed by conventional TIPS-angiography between 08/2014 and 06/2020. First, images were scored visually. Second, region of interest (ROI) based quantitative measurements of CT attenuation were performed in the inferior vena cava (IVC), portal vein and in four TIPS locations. Minimum, maximum and average Hounsfield unit (HU) values were used as absolute and relative quantitative features. We analyzed the features with univariate testing.
Results: Subjective scores identified in-TIPS thrombosis in contrast-enhanced scans with an accuracy of 0.667 – 0.833. Patients with in-TIPS thrombosis had significantly lower average (p < 0.001), minimum (p < 0.001) and maximum HU (p = 0.043) in contrast-enhanced images. The in-TIPS / IVC ratio in contrast-enhanced images was significantly lower in patients with in-TIPS thrombosis (p < 0.001). No significant differences were found for unenhanced images. Analyzing the visually most suspicious ROI with consecutive calculation of its ratio to the IVC, all patients with a ratio < 1 suffered from in-TIPS thrombosis (p < 0.001, sensitivity and specificity = 100%).
Conclusion: Quantitative analysis of abdominal CT scans facilitates the stratification of in-TIPS thrombosis. In contrast-enhanced scans, an in-TIPS / IVC ratio < 1 could non-invasively stratify all patients with in-TIPS thrombosis.
Exploring biophysical properties of virus-encoded components and their requirement for virus replication is an exciting new area of interdisciplinary virological research. To date, spatial resolution has only rarely been analyzed in computational/biophysical descriptions of virus replication dynamics. However, it is widely acknowledged that intracellular spatial dependence is a crucial component of virus life cycles. The hepatitis C virus-encoded NS5A protein is an endoplasmatic reticulum (ER)-anchored viral protein and an essential component of the virus replication machinery. Therefore, we simulate NS5A dynamics on realistic reconstructed, curved ER surfaces by means of surface partial differential equations (sPDE) upon unstructured grids. We match the in silico NS5A diffusion constant such that the NS5A sPDE simulation data reproduce experimental NS5A fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) time series data. This parameter estimation yields the NS5A diffusion constant. Such parameters are needed for spatial models of HCV dynamics, which we are developing in parallel but remain qualitative at this stage. Thus, our present study likely provides the first quantitative biophysical description of the movement of a viral component. Our spatio-temporal resolved ansatz paves new ways for understanding intricate spatial-defined processes central to specfic aspects of virus life cycles.
Event-related potentials (ERPs) are widely used in basic neuroscience and in clinical diagnostic procedures. In contrast, neurophysiological insights from ERPs have been limited, as several different mechanisms lead to ERPs. Apart from stereotypically repeated responses (additive evoked responses), these mechanisms are asymmetric amplitude modulations and phase-resetting of ongoing oscillatory activity. Therefore, a method is needed that differentiates between these mechanisms and moreover quantifies the stability of a response. We propose a constrained subspace independent component analysis that exploits the multivariate information present in the all-to-all relationship of recordings over trials. Our method identifies additive evoked activity and quantifies its stability over trials. We evaluate identification performance for biologically plausible simulation data and two neurophysiological test cases: Local field potential (LFP) recordings from a visuo-motor-integration task in the awake behaving macaque and magnetoencephalography (MEG) recordings of steady-state visual evoked fields (SSVEFs). In the LFPs we find additive evoked response contributions in visual areas V2/4 but not in primary motor cortex A4, although visually triggered ERPs were also observed in area A4. MEG-SSVEFs were mainly created by additive evoked response contributions. Our results demonstrate that the identification of additive evoked response contributions is possible both in invasive and in non-invasive electrophysiological recordings.
Local protein synthesis has re-defined our ideas on the basic cellular mechanisms that underlie synaptic plasticity and memory formation. The population of messenger RNAs that are localised to dendrites, however, remains sparsely identified. Furthermore, neuronal morphological complexity and spatial compartmentalisation require efficient mechanisms for messenger RNA localisation and control over translational efficiency or transcript stability. 3’ untranslated regions, downstream from stop codons, are recognised for providing binding platforms for many regulatory units, thus encoding the processing of the above processes. The hippocampus, a part of the brain involved in the formation, organisation and storage of memories, provides a natural platform to investigate patterns of RNA localisation. The hippocampus comprises tissue layers, which naturally separate the principle neuronal cell bodies from their processes (axons and dendrites). Identifying the full-complement of localised transcripts and associated 3’UTR isoforms is of great importance to understand both basic neuronal functions and principles of synaptic plasticity. These findings can be used to study the properties of neuronal networks as well as to understand how these networks malfunction in neuronal diseases.
Here, deep sequencing is used to identify the mRNAs resident in the synaptic neuropil in the hippocampus. Analysis of a neuropil data set yields a list of 8,379 transcripts of which 2,550 are localised in dendrites and/or axons. Using a fluorescent barcode strategy to label individual mRNAs shows that the relative abundance of different mRNAs in the neuropil varies over 5 orders of magnitude. High-resolution in situ hybridisation validated the presence of mRNAs in both cultured neurons and hippocampal slices. Among the many mRNAs identified, a large fraction of known synaptic proteins including signaling molecules, scaffolds and receptors is discovered. These results reveal a previously unappreciated enormous potential for the local protein synthesis machinery to supply, maintain and modify the dendritic and synaptic proteome.
Using advances in library preparation for next generation sequencing experiments, the diversity of 3’UTR isoforms present in localised transcripts from the rat hippocampus is examined. The obtained results indicate that there is an increase in 3’UTR heterogeneity and 3’UTR length in neuronal tissue. The evolutionary importance of the 3’UTR diversity and correlation with changes in species,tissue and cell complexity is investigated. The conducted analysis reveals the population of 3’UTR isoforms required for transcript localisation in overall neuronal transcriptome as well as the regulatory elements and binding sites specific for neuronal compartments. The configuration of poly(A) signals is correlated with gene function and can be further exploit to determine similar mechanisms for alternative polyadenylation.
Usage of custom specified methods for next-generation sequencing as well as novel approaches for RNA quantification and visualisation necessitate the development and implementation of new downstream analytic methods. Library methods for data-mining transcripts annotation, expression and ontology relations is provided. Usage of a specialised search engine targeting key features of previous experiments is proposed. A processing pipeline for NanoString technology, defining experimental quality and exploiting methods for data normalisation is developed. High-resolution in situ images are analysed by custom application, showing a correlation between RNA quantity and spatial distribution. The vast variety of bioinformatic methods included in this work indicates the importance of downstream analysis to reach biological conclusions. Maintaining the integrability and modularity of our implementations is of great priority, as the dynamic nature of many experimental techniques requires constant improvement in computational analysis.
We report on the first femtoscopic measurement of baryon pairs, such as p-p, p-Λ and Λ-Λ, measured by ALICE at the Large Hadron Collider (LHC) in proton-proton collisions at s√ = 7 TeV. This study demonstrates the feasibility of such measurements in pp collisions at ultrarelativistic energies. The femtoscopy method is employed to constrain the hyperon-nucleon and hyperon-hyperon interactions, which are still rather poorly understood. A new method to evaluate the influence of residual correlations induced by the decays of resonances and experimental impurities is hereby presented. The p-p, p-Λ and Λ-Λ correlation functions were fitted simultaneously with the help of a new tool developed specifically for the femtoscopy analysis in small colliding systems 'Correlation Analysis Tool using the Schrödinger Equation' (CATS). Within the assumption that in pp collisions the three particle pairs originate from a common source, its radius is found to be equal to r0=1.144±0.019 (stat) +0.069−0.012 (syst) fm. The sensitivity of the measured p-Λ correlation is tested against different scattering parameters which are defined by the interaction among the two particles, but the statistics is not sufficient yet to discriminate among different models. The measurement of the Λ-Λ correlation function constrains the phase space spanned by the effective range and scattering length of the strong interaction. Discrepancies between the measured scattering parameters and the resulting correlation functions at LHC and RHIC energies are discussed in the context of various models.
We report on the first femtoscopic measurement of baryon pairs, such as p-p, p-Λ and Λ-Λ, measured by ALICE at the Large Hadron Collider (LHC) in proton-proton collisions at s√ = 7 TeV. This study demonstrates the feasibility of such measurements in pp collisions at ultrarelativistic energies. The femtoscopy method is employed to constrain the hyperon-nucleon and hyperon-hyperon interactions, which are still rather poorly understood. A new method to evaluate the influence of residual correlations induced by the decays of resonances and experimental impurities is hereby presented. The p-p, p-Λ and Λ-Λ correlation functions were fitted simultaneously with the help of a new tool developed specifically for the femtoscopy analysis in small colliding systems 'Correlation Analysis Tool using the Schrödinger Equation' (CATS). Within the assumption that in pp collisions the three particle pairs originate from a common source, its radius is found to be equal to r0=1.144±0.019 (stat) +0.069−0.012 (syst) fm. The sensitivity of the measured p-Λ correlation is tested against different scattering parameters which are defined by the interaction among the two particles, but the statistics is not sufficient yet to discriminate among different models. The measurement of the Λ-Λ correlation function constrains the phase space spanned by the effective range and scattering length of the strong interaction. Discrepancies between the measured scattering parameters and the resulting correlation functions at LHC and RHIC energies are discussed in the context of various models.
We report on the first femtoscopic measurement of baryon pairs, such as p−p, p−Λ, and Λ−Λ, measured by ALICE at the Large Hadron Collider (LHC) in proton-proton collisions at √s=7TeV. This study demonstrates the feasibility of such measurements in pp collisions at ultrarelativistic energies. The femtoscopy method is employed to constrain the hyperon-nucleon and hyperon-hyperon interactions, which are still rather poorly understood. A new method to evaluate the influence of residual correlations induced by the decays of resonances and experimental impurities is hereby presented. The p−p, p−Λ, and Λ−Λ correlation functions were fitted simultaneously with the help of a new tool developed specifically for the femtoscopy analysis in small colliding systems: Correlation Analysis Tool using the Schrödinger equation (CATS). Within the assumption that in pp collisions the three particle pairs originate from a common source, its radius is found to be equal to r0=1.125±0.018(stat)+0.058−0.035(syst) fm. The sensitivity of the measured p−Λ correlation is tested against different scattering parameters, which are defined by the interaction among the two particles, but the statistics is not sufficient yet to discriminate among different models. The measurement of the Λ−Λ correlation function constrains the phase space spanned by the effective range and scattering length of the strong interaction. Discrepancies between the measured scattering parameters and the resulting correlation functions at LHC and RHIC energies are discussed in the context of various models.
We report on the first femtoscopic measurement of baryon pairs, such as p-p, p-Λ and Λ-Λ, measured by ALICE at the Large Hadron Collider (LHC) in proton-proton collisions at s√ = 7 TeV. This study demonstrates the feasibility of such measurements in pp collisions at ultrarelativistic energies. The femtoscopy method is employed to constrain the hyperon-nucleon and hyperon-hyperon interactions, which are still rather poorly understood. A new method to evaluate the influence of residual correlations induced by the decays of resonances and experimental impurities is hereby presented. The p-p, p-Λ and Λ-Λ correlation functions were fitted simultaneously with the help of a new tool developed specifically for the femtoscopy analysis in small colliding systems 'Correlation Analysis Tool using the Schrödinger Equation' (CATS). Within the assumption that in pp collisions the three particle pairs originate from a common source, its radius is found to be equal to r0=1.125±0.018 (stat) +0.058−0.035 (syst) fm. The sensitivity of the measured p-Λ correlation is tested against different scattering parameters which are defined by the interaction among the two particles, but the statistics is not sufficient yet to discriminate among different models. The measurement of the Λ-Λ correlation function constrains the phase space spanned by the effective range and scattering length of the strong interaction. Discrepancies between the measured scattering parameters and the resulting correlation functions at LHC and RHIC energies are discussed in the context of various models.