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About 50% of the elements heavier than iron are produced during the slow neutron capture process. This process occurs in different stellar sites at various energies. To understand the ongoing nucleosynthesis, the probability of a neutron capture for different temperatures and therefore for different stellar sites is essential. Activation experiments using the 7Li(p,n) reaction as neutron source were performed. At a temperature of kBT = 25 keV the cross sections were determined for 27Al, 37Cl and 41K. A new method was developed to perform activation experiments at even lower temperatures. For a proof of principle, the cross section for 64Ni was measured at kBT = 25 keV as well as for kBT = 6 keV. To study the impact of isomeric states at higher energies, activations of 181Ta were performed using two different proton energies.
The Heidelberg Ion-Beam Therapy Centre (HIT) provides proton, helium, and carbon-ion beams with different energies and intensities for cancer treatment and oxygen-ion beams for experiments. For several experiments and possible future applications, such as helium ion beam radiography, a low-intensity ion beam monitor integrated into the dose delivery feedback system for the accelerator control is a necessary pre-requisite. The updated 2D prototype for this purpose consists of scintillating fibres with enhanced radiation hardness, silicon photomultipliers (SiPMs) to amplify the emitted light, and a dedicated front-end readout system (FERS) to process and record the generated signals. This setup was tested successfully on monitoring ion-beam position and profile horizontally and vertically, as well as the beam intensity, for all four ion types with energies from 50 to 430 MeV/u and intensities from 1E2 to 1E7 ions/s. Additionally, time-of-arrival (ToA) measurements on single ions have been successfully performed for a limited intensity range, allowing for ion tracking in a further update. This will reduce noise, and will also improve the accuracy and usability of ion radiography.
During RUN3 (2021-2023) of the Large Hadron Collider, the Time Projection Chamber (TPC) of ALICE will be operated with quadruple stacks of Gas Electron Multipliers (GEMs). This technology will allow to overcome the rate limitation due to the gated operation of the Multi-Wire Proportional Chambers (MWPCs) used in RUN1 (2009-2013) and RUN2 (2015-2018).
As part of the Upgrade project, long-term irradiation tests, so called "ageing tests", have been carried out. A test setup with a detector using a quadruple stack of 10x10cm2 GEMs was built and operated in Ar-CO2 and Ne-CO2-N2 gas mixtures. The detector performance such as gas gain and energy resolution were monitored continuously. In addition, outgassing tests of materials used for the assembly process of the upgraded TPC were performed. To reach the expected dose of the GEM-based TPC, the detector was operated at much higher gains than the TPC. It was found, that the GEMs could keep their performance within the projected lifetime of the TPC. Most of the tested materials showed no negative impact on the detector. For the tested epoxy adhesive no certain conclusion could be drawn.
At much higher doses than expected for the upgraded TPC, a new phenomenon was observed, which changed the hole geometry of the GEMs and led to a degradation of the energy resolution. Even though its occurrence is not expected during the lifetime of the GEM-based TPC, simulations were carried out to study this effect more systematically. The simulations confirmed, that a change of the hole geometries of the GEMs, lead to an increase of the local gain variation, which results in a decrease of the energy resolution.
Furthermore the effect of methane as quench gas on GEMs was studied, even though this gas is not foreseen to be used in the TPC. From ageing tests with single-wire proportional counters it is well known that hydrocarbons are produced in the plasma of the avalanches, which cover the electrodes and lead to a degradation of the detector performance. Even though GEMs have a quite different geometry, the ageing tests showed, that also this technology tends to methane-induced ageing. A loss of gas gain as well as a degradation of the energy resolution due to deposits on the electrodes was monitored. A qualitative and quantitative comparison between ageing in GEMs and proportional counters was performed.
Malignant neoplasms are one of the top causes of death in all developed countries around the world and account for almost one quarter of all deaths. An individual cell based computational model with strong connections to the experimental data through lattice free, newtonian interaction could be used to validate experimental results and eventually make predictions guiding further experiments. This model was build as a part of the thesis and shall be extended to the modelling of the effects of ionic radition on the vascularised tumour as a possible treatment for inoperable tumours.
The conducting properties in the basal ab plane of pure and Al-doped YBa2Cu3O7-γ single crystals before and after long-time exposure in air atmosphere are investigated. It is shown that prolonged aging leads to an increase of the density of effective scattering centers for the normal carriers. The aluminum doping has been revealed to partially slowdown the degradation of the conducting properties in process of aging. The excess conductivity, Δδ(T), has been found to obey exponential dependence in the broad temperature range Tc<T<T*. In the pseudogap regime, the mean-field transition temperature and the 3D-2D crossover point in the excess conductivity have been quantified. Near the critical temperature, is described well within the Aslamazov-Larkin theoretical model. Herewith, both aluminum doping and prolonged aging have been found to essentially expand the temperature interval of implementation of the pseudogap state, thus narrowing the linear section in the dependence ρab(T).
ALICE is the dedicated heavy-ion experiment at the Large Hadron Collider at CERN. After a two-year long shutdown, the LHC restarted its physics programme in June 2015 with proton-proton collisions at √s = 13 TeV and Pb-Pb collisions at √sNN = 5.02 TeV, the highest centre-of-mass energy ever reached in laboratory. Recent results and future perspective for ALICE will be presented.
A new technique for precision ion implantation has been developed. A scanning probe has been equipped with a small aperture and incorporated into an ion beamline, so that ions can be implanted through the aperture into a sample. By using a scanning probe the target can be imaged in a non-destructive way prior to implantation and the probe together with the aperture can be placed at the desired location with nanometer precision. In this work first results of a scanning probe integrated into an ion beamline are presented. A placement resolution of about 120 nm is reported. The final placement accuracy is determined by the size of the aperture hole and by the straggle of the implanted ion inside the target material. The limits of this technology are expected to be set by the latter, which is of the order of 10 nm for low energy ions. This research has been carried out in the context of a larger program concerned with the development of quantum computer test structures. For that the placement accuracy needs to be increased and a detector for single ion detection has to be integrated into the setup. Both issues are discussed in this thesis. To achieve single ion detection highly charged ions are used for the implantation, as in addition to their kinetic energy they also deposit their potential energy in the target material, therefore making detection easier. A special ion source for producing these highly charged ions was used and their creation and interactions with solids of are discussed in detail.
Alignment, characterization and application of polyfluorene in polarized light-emitting devices
(2001)
Ziel im Rahmen der vorliegenden Dissertation war die Realisierung der polarisierten Elektrolumineszenz blau emittierender flüssigkristalliner Polyfluorene. Polymere Leuchtdioden, die aufgrund hoher Orientierung der Moleküle in der aktiven Schicht polarisiert emittieren, sind für eine Anwendung beispielsweise als Hintergrundbeleuchtung in Flüssigkristallanzeigen (LCDs) von Interesse. Es wurde gezeigt, dass sich mit der Ausrichtung von Polyfluoren auf Ori entierungsschichten auf der Basis von geriebenem Polyimid hohe Ordnungsgrade erzielen lassen. Die Dotierung mit lochleitenden Materialien erlaubte erstmals den Einbau solcher Orientierungsschichten in Leuchtdioden und ermöglichte die Realisierung polarisierter Elektrolumineszenz. Die Morphologie und Struktur sowohl der hoch orientierten Polyfluoren filme als auch lochleitender Orientierungsschichten wurden eingehend untersucht. Die ElektrolumineszenzEigenschaften von isotropen sowie polarisierten Leuchtdioden wurden ausführlich analysiert und anschließend durch chemische Modifizierung des Polyfluorens entscheidend verbessert. Zusätzlich wurde Polyfluoren mit fluoreszierenden Farbstoffen dotiert, um ausgehend von blauem Licht grüne und rote Emission zu erhalten. Hierbei wurde unter sucht, in welchem Maß FörsterEnergietransfer sowie Ladungsträgereinfang für die Emission der eingemischten Farbstoffe verantwortlich sind. Eine Einführung in die Grundlagen der Elektrolumineszenz konjugierter Polymere findet sich in Kapitel 2 dieser Arbeit. Da polarisierte Elektrolumineszenz ein hohes Maß an Anistotropie der emittierenden Schicht erfordert, werden anschließend verschiedene Methoden zur Ausrichtung von Polymeren besprochen, wobei besondere Betonung auf der Orientierung flüssigkristalliner Polymere liegt. Kapitel 3 behandelt die signifikanten Eigenschaften der Polymere sowie die experimentel len Methoden, die im Rahmen dieser Arbeit verwendet wurden. Neben Polyfluoren wird ein weiteres blau emittierendes Polymer, Polyphenylenethynylen (PPE), eingeführt. Bei der Cha rakterisierung der Polyfluorene wird im Anschluss an die Beschreibung der reinen Polymere insbesondere der positive Einfluss des Anbringens von lochleitende Endgruppen an die Hauptkettenenden auf wesentliche Eigenschaften bezüglich der Elektrolumineszenz aufgezeigt. Außerdem werden die wesentlichen Merkmale von Polyimid, welches die Matrix der Orientierungsschicht bildet, sowie von verschiedenen Polymeren, die der Lochleitung und der Lochinjektion dienen, besprochen. Die Beschreibung der Methoden zur Präparation isotroper und polarisierter Leuchtdioden sowie zur Untersuchung der optischen, elektrischen und mor phologischen Eigenschaften der Polymerfilme bilden den Abschluss dieses Abschnitts. Im vierten Kapitel dieser Arbeit werden unterschiedliche Verfahren zur Ausrichtung der Polymermoleküle auf Polyfluoren sowie auf PPE angewandt und hinsichtlich der erreichbaren Ordnungsgrade verglichen und beurteilt. Im Falle von Polyfluoren wurde gezeigt, dass eine Orientierung im flüssigkristallinen Zustand mit Hilfe zusätzlicher Orientierungsschichten, welche auf geriebenem Polyimid basieren, die einzige geeignete Methode zur Orientierung dieses Po lymers ist. Durch den Zusatz von niedrigmolekularen lochleitenden Materialien in geeigneter Konzentration in die PolyimidMatrix konnte das nichtleitende Polyimid so modifiziert wer den, dass es sich in Leuchtdioden einbinden ließ, ohne dass die Orientierungseigenschaften der Schichten verloren gingen. Vergleiche unterschiedlicher Polyfluorene ergaben, dass die Länge und Struktur der AlkylSeitenketten das Orientierungsverhalten entscheiden beeinflussen. Hierbei wurde gezeigt, dass sich für verzweigte Seitenketten deutlich höhere Orientierungsgrade erreichen lassen als für solche mit linearen Seitenketten. Dies wurde mit dem vergrößerten Verhältnis aus Persistenzlänge und Polymerdurchmesser erklärt, was gemäß der Theorie der flüssigkristallinen Polymere zu einer Zunahme des erreichbaren Ordnungsparameter führt. Außerdem wiesen die Absorptionsspektren der Polyfluorene mit langen Seitenketten auf eine planare Konformation der Polymerrückgrate hin, welche aufgrund der starken Wechselwirkung zwischen den einzelnen Ketten eine Orientierung im flüssigkristallinen Zustand verhindert. Von allen untersuchten Polyfluorenen ließ sich Poly(diethylhexylfluoren) (PF2/6) am besten orientieren. Im Gegensatz zu Polyfluoren scheiterte der Versuch, PPE im flüssigkristallinen Zustand auf Orientierungsschichten auszurichten. Kalorimetrische DSCUntersuchungen machten deutlich, dass sich die Struktur von PPE in flüssigkristalliner und kristalliner Phase nur unwesentlich voneinander unterscheiden. In beiden Phasen deuteten Absorptionsuntersuchungen auf eine planare Konformation der PPERückgrate. Die Viskosität des als sehr steif bekannten Polymers PPE ist daher auch in flüssigkristallinem Zustand zu hoch, um eine Umordnung der Moleküle zu verursachen, welche allein durch Wechselwirkung mit einer Orientierungsschicht hervorgerufen wird. PPE konnte jedoch im kristallinen Zustand orientiert werden, indem anstatt einer zusätzlichen Orientierungsschicht der Polymerfilm selbst gerieben wurde. Die hohe Steifigkeit von PPE erlaubte die Übertragung der Kräfte, die durch das Reiben verursacht werden, auf das starre Polymerrückgrat und ermöglichte eine homogene Ausrichtung der Moleküle. Mit Hilfe dieser Methode konnten Leuchtdioden mit PPE in der aktiven Schicht verwirklicht werden, die polarisiert emittierten. Die bestmöglichen Methoden zur Ausrichtung der Moleküle unterschie den sich demnach für die beiden flüssigkristallinen Polymere Polyfluoren und PPE, und für beide Polymere wurden Verfahren gefunden, die die Herstellung von polarisierten Leuchtdioden ermöglichten. In Kapitel 5 dieser Arbeit werden die Morphologie, die Struktur sowie weitere wesentliche Eigenschaften sowohl orientierter Polyfluorenfilme als auch der zur Ausrichtung benötigten lochleitenden Orientierungsschichten aus dotiertem Polyimid besprochen. Hierfür wurden die Filme mit Hilfe von Licht und Elektronenmikroskopie sowie von Elektronen und Röntgen beugungsexperimenten untersucht. Im ersten Teil wird die beobachtete Abnahme der Orien tierbarkeit von Polyfluoren mit zunehmendem Molekulargewicht durch Elektronenbeugungs untersuchungen näher beschrieben. Ergebnisse aus TransmissionsElektronenmikroskopie Untersuchungen zeigten, dass sich die Morphologie orientierter PF2/6Filme durch hochgeordnete Lamellen auszeichnet, welche in regelmäßigen Abständen von ungeordneten Regionen unterbrochen werden. Innerhalb der orientierten Lamellen sortieren sich die Moleküle nach ähnlicher Kettenlänge, wohingegen in den ungeordneten Gebieten vornehmlich die Endgruppen der Ketten vorzufinden sind. Strukturuntersuchungen ergaben, dass die einzelnen Polymerketten von PF2/6 zylindrisch sind und eine hexagonale Packung aufweisen, wobei die Polymerrück grate eine 5/2Helixstruktur bilden. Das wurmähnliche Rückgrat ist dabei zylinderförmig von einer Hülle aus ungeordneten Seitenketten umgeben, die ähnlich wie ein Lösungsmittel zwi schen den einzelnen Ketten wirken. Die hieraus folgende geringe Viskosität des Polymers dient als Erklärung für die beobachtete bessere Orientierbarkeit von PF2/6 im Vergleich zu Polyfluoren mit linearen OktylSeitenketten oder zu PPE. Im zweiten Teil des fünften Kapitels werden Ergebnisse von Untersuchungen der lochlei tenden Orientierungsschichten vorgestellt. Der Einfluss der Zugabe von lochleitenden Materialien zu Polyimid auf mechanische sowie auf elektrische Eigenschaften wurde untersucht. Bei moderater LochleiterKonzentration war die mechanische Stabilität der Filme ausreichend, um nach dem Reiben keine merklichen Unterschiede zu undotierten geriebene Filmen aufzuweisen. Vergleiche entsprechender Filme hinsichtlich Ladungsinjektion und transport zeigten, dass erst durch die Dotierung eine Verwendung von PolyimidOrientierungsschichten in Leuchtdioden ermöglicht wird. Sowohl polymere als auch niedrigmolekulare lochleitende Materialien wur den hinsichtlich der erreichbaren Orientierungsgrade sowie der resultierenden ElektrolumineszenzEigenschaften verglichen, wobei nur letztere in beiden Belangen zugleich zu vorteilhaften Ergebnissen führten. Es wurde gezeigt, dass sich die besten Resultate mit polarisierten Leuchtdioden erzielen ließen, bei denen die emittierende Schicht auf eine DoppelschichtStruktur aufgebracht war, die der Lochinjektion und der Orientierung dienten. Hierbei befand sich oberhalb einer LochinjektionsSchicht aus reinem Lochleitermaterial eine weitere lochleitende Orientie rungsSchicht aus dotiertem Polyimid. Variation der Lochleiterkonzentrationen in Polyimid er gaben, dass die Helligkeit mit zunehmender Konzentration zunahm, wohingegen die erreichten Polarisationsverhältnisse gleichzeitig abnahmen. SEM und AFMUntersuchungen über den Einfluss der Lochleiterkonzentration auf die Schichtmorphologie ergaben, dass diese Beobachtungen durch Phasenseparation und mechanische Beschädigung der Filme zu erklären ist, welche bei Konzentrationen oberhalb 20 Gewichtsprozent eintreten. Im Kapitel 6 wird schließlich die Elektrolumineszenz von Leuchtdioden mit Polyfluoren als emittierende Schicht diskutiert. Zuerst wurde in isotropen Leuchtdioden die günstigste Diodenarchitektur ermittelt sowie die Optimierung der verwendeten Schichten vorgenommen. Die Ergebnisse wurden mit den Kenntnissen kombiniert, die im Rahmen der oben beschriebenen Untersuchungen erworben wurden, um die Herstellung von Leuchtdioden mit hochpolarisierter Emission zu verwirklichen. Blaue Elektrolumineszenz mit einem Emissionsmaximum von 450 nm und einem Polarisationsverhältnis von 21 wurden erzielt, wobei die Leuchtdichte bei einer angelegten Spannung von 18 V etwa 100 cd/m 2 betrug, was der typischen Helligkeit eines Computermonitors entspricht. Alle ElektrolumineszenzEigenschaften ließen sich durch End funktionalisierung des Polyfluorens weiter deutlich verbessern, indem lochleitende TriarylaminDerivate an die Enden der Hauptketten angebracht wurden ('Endcapping'). Der unerwünschte Beitrag zur Emission bei höheren Wellenlängen, welcher im Falle des reinen Polyfluoren beo bachtet wurde und gemeinhin aggregierten Polymermolekülen zugeschrieben wird, wurde durch das Konzept der Endfunktionalisierung wirksam unterdrückt. Außerdem war die Farbstabilität wesentlich verbessert und die Effizienz der Leuchtdioden um mehr als eine Größenordnung höher als bei der Verwendung des reinen Polyfluorens. Diese Beobachtungen wurden mit den elektrochemischen Eigenschaften der Endgruppen erklärt. Letztere wirken als anziehende Fallen für Ladungsträger, was dazu führt, dass die Erzeugung von Exzitonen und die anschließende Rekombination vorwiegend in der Nähe der Kettenenden stattfindet, anstatt wie im Falle des reinen Polyfluorens an weniger effizienten Aggregaten oder Exzimererzeugenden Stellen. Es wurde gezeigt, dass die Endfunktionalisierung weder das Verhalten des Polymers im flüssig-kristallinen Zustand, noch dessen Orientierbarkeit beeinträchtigte. Die Verwendung des modifizierten Polyfluorens erlaubte die Herstellung von polarisierten Leuchtdioden mit einem Polarisationsverhältnis von 22 und einer Leuchtdichte von 200 cd/m 2 bei 19 V, wobei die Schwellspannung auf 7,5 V gesenkt wurde. Dioden mit einem Anisotropiefaktor von 15 er reichten Leuchtdichten von bis zu 800 cd/m 2 . Die Effizienz dieser Leuchtdioden war mit 0,25 cd/A bei ähnlichem Polarisationsverhältnis und Leuchtdichte um mehr als doppelt so hoch wie die bisher berichteten Werte. Die Veränderung der eigentlich blauen Emissionsfarbe durch die Zugabe von Materialien mit niedrigerer Bandlücke in eine Polyfluorenmatrix wird im Kapitel 7 beschrieben. Es wurde gezeigt, dass der Zusatz bereits geringer Konzentrationen eines grün emittierenden Thiophen Farbstoffes das Emissionsspektrum des Polyfluorens entscheidend veränderte und die Realisierung grüner Emission ermöglichte. Genau wie im Falle der nichtemittierenden Lochleiter, die für die Endfunktionalisierung des Polyfluoren verwendet wurden, wirken auch die ThiophenFarbstoffe als effektive Ladungsträgerfallen, was neben der Farbveränderung eine drastische Verbesserung der Leuchtdiodeneffizienzen zur Folge hatte. Darüber hinaus konnte mit Hilfe des dotierten Polyfluorens polarisierte grüne Elektrolumineszenz verwirklicht werden, wobei die Polarisationsverhältnisse Werte von bis zu 30 erreichten, bei einer Leuchtdichte von 600 cd/m 2 und einer Effizienz von 0,3 cd/A. Im Hinblick auf rote Elektrolumineszenz wurden Leuchtdioden mit dendronisierten Pery lenfarbstoffen in der emittierenden Schicht untersucht, zum einen in reiner Form und zum an deren in Mischungen mit Polyfluoren. Hierfür wurden zwei Generationen von Dendrimeren, bestehend aus zentralem PerylendiimidChromophor und PolyphenylenGerüst, mit einer nichtdendronisierten Modellverbindung verglichen. Leuchtdioden mit reinen Filmen der ersten und zweiten Dendrimergeneration emittierten rotes Licht mit CIEKoordinaten (0,627/0,372) und einer Leuchtdichte von bis zu 120 cd/m 2 bei 11 V, wobei die Effizienz allerdings nur 0,03 cd/A betrug. Um die unterschiedlichen Mechanismen zu klären, die zur Emission der Farbstoffmoleküle führen, wurden die Farbstoffe in Polyfluoren beigemischt, und der Einfluss der Dendronisierung auf die Emissionsfarbe und die Intensität der Elektrolumineszenz wurde untersucht. In Photolumineszenz wurde mit zunehmender Dendronisierung eine Abnahme des Förster Energieübertrags vom PolyfluorenWirt zu dem PerylenfarbstoffGast verzeichnet, was zu einen höheren blauen Anteil im Emissionsspektrum führte. Hingegen wurde gezeigt, dass in Elektrolumineszenz die Farbstoffe als Elektronenfallen wirken und die Rekombination der Ladungsträger zu Exzitonen somit vorwiegend auf den Farbstoff anstatt auf den Polyfluorenmolekülen statt findet. Aus diesem Grund war die Betonung der roten Emission in Elektrolumineszenz ungleich stärker als in Photolumineszenz, bei der die rote Emission ausschließlich durch Energieübertrag via Förstertransfer zu Stande kommt. Die Verstärkung einer Farbverschiebung von rot nach blau, die mit zunehmender Dendronisierung und ansteigender Betriebsspannung beo bachtet wurde, konnte qualitativ mit der kinetischen Beeinträchtigung des Elektronenübertrags vom PolyfluorenWirt auf den PerylendiimidChromophor erklärt werden. Der bestmögliche Kompromiss aus roter Farbtiefe und Helligkeit wurde für die Mischung aus Polyfluoren und dem Farbstoff der ersten Dendrimergeneration erzielt. Bei angelegter Spannung von 6,5 V lag die Leuchtdichte bei 100 cd/m 2 und bei 11 V bei 700 cd/m 2 , wobei das Emission bei 600 nm ihr Maximum hatte.
This work derived the value of α-induced production cross sections of 77Kr and 77Br at α-energies of 12 MeV and 14 MeV, the thick target yields of 77Kr and 77Br at α-energies of 11.19 MeV, 13 MeV and 15.1 MeV and the thick target yield of 80Br as well as 80mBr at an α-energy of 15.1 MeV using the activation technique...
The production of 77,79,85,85mKr and 77Br via the reaction Se(a, x) was investigated between Ea = 11 and 15 MeV using the activation technique. The irradiation of natural selenium targets on aluminum backings was conducted at the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig, Germany. The spectroscopic analysis of the reaction products was performed using a high-purity germanium detector located at PTB and a low energy photon spectrometer detector at the Goethe University Frankfurt, Germany. Thicktarget yields were determined. The corresponding energy-dependent production cross sections of 77,79,85,85mKr and 77Br were calculated from the thicktarget yields. Good agreement between experimental data and theoretical predictions using the TALYS-1.6 code was found.
The PANDA experiment will be one of the flagship experiments at the future Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) in Darmstadt, Germany. It is a versatile detector dedicated to topics in hadron physics such as charmonium spectroscopy and nucleon structure. A DIRC counter will deliver hadronic particle identification in the barrel part of the PANDA target spectrometer and will cleanly separate kaons with momenta up to 3.5 GeV/c from a large pion background. An alternative DIRC design option, using wide Cherenkov radiator plates instead of narrow bars, would significantly reduce the cost of the system. Compact fused silica photon prisms have many advantages over the traditional stand-off boxes filled with liquid. This work describes the study of these design options, which are important advancements of the DIRC technology in terms of cost and performance. Several new reconstruction methods were developed and will be presented. Prototypes of the DIRC components have been built and tested in particle beam, and the new concepts and approaches were applied. An evaluation of the performance of the designs, feasibility studies with simulations, and a comparison of simulation and prototype tests will be presented.
The thermal fit to preliminary HADES data of Au+Au collisions at sNN=2.4 GeV shows two degenerate solutions at T≈50 MeV and T≈70 MeV. The analysis of the same particle yields in a transport simulation of the UrQMD model yields the same features, i.e. two distinct temperatures for the chemical freeze-out. While both solutions yield the same number of hadrons after resonance decays, the feeddown contribution is very different for both cases. This highlights that two systems with different chemical composition can yield the same multiplicities after resonance decays. The nature of these two minima is further investigated by studying the time-dependent particle yields and extracted thermodynamic properties of the UrQMD model. It is confirmed, that the evolution of the high temperature solution resembles cooling and expansion of a hot and dense fireball. The low temperature solution displays an unphysical evolution: heating and compression of matter with a decrease of entropy. These results imply that the thermal model analysis of systems produced in low energy nuclear collisions is ambiguous but can be interpreted by taking also the time evolution and resonance contributions into account.
Bei der UV-Bestrahlung (2537 Å) des Zn-Insulins beobachtet man für kleinere Dosen (bis 10 Einstein/Mol) eine direkte Korrelation zwischen der Inaktivierung und der Photoreduktion einer der drei Disulfidbrücken. Mit steigender Dosis wird die Quantenausbeute für die Reduktion der Disulfidbrücken (Bildung von SH-Gruppen) sehr klein, dagegen führen dann andere Prozesse zunehmend zur photochemischen Zerstörung der Disulfidbrücken. Für größere Strahlendosen (über 100 Einstein/Mol) ergibt die Extrapolation, daß für die völlige Inaktivierung des Insulins sämtliche drei Cystinreste zerstört werden müssen. Von den übrigen Aminosäuren wird durch Dosen um 100 Einstein/Mol nur der Tyrosin-Anteil signifikant vermindert. Mit steigender Strahlendosis ändert sich — wahrscheinlich infolge von Konformationsänderungen der Polypeptidketten — die Photosensibilität der Aminosäuren.
Relative fractions and phases of the intermediate decays are determined. With the detection efficiency estimated by the results of the amplitude analysis, the branching fraction of Dþ s → K−Kþπþπ0 decay is measured to be ð5.42 0.10stat 0.17systÞ%.
We report an amplitude analysis and branching fraction measurement of D+s→K+K−π+ decay using a data sample of 3.19 fb−1 recorded with BESIII detector at a center-of-mass energy of 4.178 GeV.
We perform a model-independent partial wave analysis in the low K+K− mass region to determine the K+K− S-wave lineshape, followed by an amplitude analysis of our very pure high-statistics sample.
The amplitude analysis provides an accurate determination of the detection efficiency allowing us to measure the branching fraction B(D+s→K+K−π+)=(5.47±0.08stat±0.13sys)%.
We report an amplitude analysis and branching fraction measurement of 𝐷+
𝑠→𝐾+𝐾−𝜋+ decay using a data sample of 3.19 fb−1 recorded with BESIII detector at a center-of-mass energy of 4.178 GeV. We perform a model-independent partial wave analysis in the low 𝐾+𝐾− mass region to determine the 𝐾+𝐾− S-wave line shape, followed by an amplitude analysis of our very pure high-statistics sample. With the detection efficiency based on the amplitude analysis results, the absolute branching fraction is measured to be ℬ(𝐷+𝑠→𝐾+𝐾−𝜋+)=(5.47±0.08stat±0.13sys)%.
We report an amplitude analysis and branching fraction measurement of D+s→K+K−π+ decay using a data sample of 3.19 fb−1 recorded with BESIII detector at a center-of-mass energy of 4.178 GeV.
We perform a model-independent partial wave analysis in the low K+K− mass region to determine the K+K− S-wave lineshape, followed by an amplitude analysis of our very pure high-statistics sample.
The amplitude analysis provides an accurate determination of the detection efficiency allowing us to measure the branching fraction B(D+s→K+K−π+)=(5.47±0.08stat±0.13sys)%.
We report an amplitude analysis and branching fraction measurement of D+s→K+K−π+ decay using a data sample of 3.19 fb−1 recorded with BESIII detector at a center-of-mass energy of 4.178 GeV.
We perform a model-independent partial wave analysis in the low K+K− mass region to determine the K+K− S-wave lineshape, followed by an amplitude analysis of our very pure high-statistics sample.
The amplitude analysis provides an accurate determination of the detection efficiency allowing us to measure the branching fraction B(D+s→K+K−π+)=(5.47±0.08stat±0.13sys)%.
We report an amplitude analysis and branching fraction measurement of D+s→K+K−π+ decay using a data sample of 3.19 fb−1 recorded with BESIII detector at a center-of-mass energy of 4.178 GeV.
We perform a model-independent partial wave analysis in the low K+K− mass region to determine the K+K− S-wave lineshape,
followed by an amplitude analysis of our very pure high-statistics sample.
The amplitude analysis provides an accurate determination of the detection efficiency allowing us to measure the branching fraction B(D+s→K+K−π+)=(5.47±0.08stat±0.13sys)%.
The singly Cabibbo-suppressed decay D+s → K+π+π−π0 is observed by using a data set corresponding to an integrated luminosity of 6.32 fb−1 recorded by the BESIII detector at the centre-of-mass energies between 4.178 and 4.226 GeV. The first amplitude analysis of D+s → K+π+π−π0 reveals the sub-structures in this decay and determines the fractions and relative phases of different intermediate processes. The dominant intermediate process is D+s → K∗0ρ+, with a fit fraction of (40.5 ± 2.8stat. ± 1.5syst.)%. With the detection efficiency based on our amplitude analysis, the absolute branching fraction forD+s → K+π+π−π0 is measured to be (9.75 ± 0.54stat. ± 0.17syst.) × 10−3.
Using 2.93 fb−1 of e+e− collision data collected with the BESIII detector at the center-of-mass energy 3.773 GeV, we perform the first amplitude analysis of the decay D+ → π+π0π0 and determine the relative magnitudes and phases of different intermediate processes. The absolute branching fraction of D+ → π+π0π0 is measured to be (2.888 ± 0.058stat. ± 0.069syst.)%. The dominant intermediate processes are D+ → a1(1260)+(→ ρ+π0) and D+ → *0ρ+, with branching fractions of (8.66 ± 1.04stat. ± 1.39syst.) × 10−3 and (9.70 ± 0.81stat. ± 0.53syst.) × 10−3, respectively.
Using a data set corresponding to an integrated luminosity of 6.32 fb−1 recorded by the BESIII detector at center-of-mass energies between 4.178 and 4.226 GeV, an amplitude analysis of the decay D+s → π+π0π0 is performed, and the relative fractions and phases of different intermediate processes are determined. The absolute branching fraction of the decay D+s → π+π0π0 is measured to be (0.50 ± 0.04stat ± 0.02syst)%. Theabsolute branching fraction of the intermediate process D+s → f0(980)π+, f0(980) → π0π0 is determined to be (0.28 ± 0.04stat ± 0.04syst)%.
By using 6.32 fb−1 of data collected with the BESIII detector at center-of-mass energies between 4.178 and 4.226 GeV, we perform an amplitude analysis of the decay D+s ! K0S + 0 and determine the relative fractions and phase differences of different intermediate processes, which include K0S (770)+, K0S (1450)+, K (892)0 +, K (892)+ 0, and K (1410)0 +. With the detection efficiency based on the amplitude analysis results, the absolute branching fraction is measured to be B(D+s ! K0S + 0) = (5.43 ± 0.30stat ± 0.15syst) × 10−3.
Using 6.32 fb−1 of 𝑒+𝑒− collision data collected by the BESIII detector at the center-of-mass energies between 4.178 and 4.226 GeV, an amplitude analysis of the 𝐷+𝑠→𝐾0𝑆𝐾−𝜋+𝜋+ decays is performed for the first time to determine the intermediate-resonant contributions. The dominant component is the 𝐷+𝑠→𝐾*(892)+¯𝐾*(892)0 decay with a fraction of (40.6±2.9stat±4.9sys)%. Our results of the amplitude analysis are used to obtain a more precise measurement of the branching fraction of the 𝐷+𝑠→𝐾0𝑆𝐾−𝜋+𝜋+ decay, which is determined to be (1.46±0.05stat±0.05sys)%.
Utilizing the data set corresponding to an integrated luminosity of 3.19 fb−1 collected by the BESIII detector at a center-of-mass energy of 4.178 GeV, we perform an amplitude analysis of the 𝐷+
𝑠→𝜋+𝜋−𝜋+ decay. The sample contains 13,797 candidates with a signal purity of ∼80%. The amplitude and phase of the contributing 𝜋𝜋 𝒮 wave are measured based on a quasi-model-independent approach, along with the amplitudes and phases of the 𝒫 and 𝒟 waves parametrized by Breit-Wigner models. The fit fractions of different intermediate decay channels are also reported.
Utilizing the data set corresponding to an integrated luminosity of 3.19 fb−1 collected by the BESIII detector at a center-of-mass energy of 4.178 GeV, we perform an amplitude analysis of the D+s→π+π−π+ decay. The sample contains 13,797 candidate events with a signal purity of ∼80%. We use a quasi-model-independent approach to measure the magnitude and phase of the D+s→π+π−π+ decay, where the P and D waves are parameterized by a sum of three Breit-Wigner amplitudes ρ(770)0, ρ(1450)0, and f2(1270). The fit fractions of different decay channels are also reported.
Utilizing the data set corresponding to an integrated luminosity of 3.19 fb−1 collected by the BESIII detector at a center-of-mass energy of 4.178 GeV, we perform an amplitude analysis of the D+s→π+π−π+ decay. The sample contains 13,797 candidates with a signal purity of ∼80%. The amplitude and phase of the contributing ππ S wave are measured based on a quasi-model-independent approach, along with the amplitudes and phases of the P and D waves parametrized by Breit-Wigner models. The fit fractions of different intermediate decay channels are also reported.
Using e+e− annihilation data corresponding to an integrated luminosity of 2.93 fb−1 taken at the center-of-mass energy s√=3.773~GeV with the BESIII detector, a joint amplitude analysis is performed on the decays D0→π+π−π+π− and D0→π+π−π0π0(non-η). The fit fractions of individual components are obtained, and large interferences among the dominant components of D0→a1(1260)π, D0→π(1300)π, D0→ρ(770)ρ(770) and D0→2(ππ)S are found in both channels. With the obtained amplitude model, the CP-even fractions of D0→π+π−π+π− and D0→π+π−π0π0(non-η) are determined to be (75.2±1.1stat.±1.5syst.)% and (68.9±1.5stat.±2.4syst.)%, respectively. The branching fractions of D0→π+π−π+π− and D0→π+π−π0π0(non-η) are measured to be (0.688±0.010stat.±0.010syst.)% and (0.951±0.025stat.±0.021syst.)%, respectively. The amplitude analysis provides an important model for binning strategy in the measurements of the strong phase parameters of D0→4π when used to determine the CKM angle γ(ϕ3) via the B−→DK− decay.
Using e+e− annihilation data corresponding to an integrated luminosity of 2.93 fb−1 taken at the center-of-mass energy s√=3.773~GeV with the BESIII detector, a joint amplitude analysis is performed on the decays D0→π+π−π+π− and D0→π+π−π0π0(non-η). The fit fractions of individual components are obtained, and large interferences among the dominant components of D0→a1(1260)π, D0→π(1300)π, D0→ρ(770)ρ(770) and D0→2(ππ)S are found in both channels. With the obtained amplitude model, the CP-even fractions of D0→π+π−π+π− and D0→π+π−π0π0(non-η) are determined to be (75.2±1.1stat.±1.5syst.)% and (68.9±1.5stat.±2.4syst.)%, respectively. The branching fractions of D0→π+π−π+π− and D0→π+π−π0π0(non-η) are measured to be (0.688±0.010stat.±0.010syst.)% and (0.951±0.025stat.±0.021syst.)%, respectively. The amplitude analysis provides an important model for binning strategy in the measurements of the strong phase parameters of D0→4π when used to determine the CKM angle γ(ϕ3) via the B−→DK− decay.
An amplitude analysis of the 𝐾𝑆𝐾𝑆 system produced in radiative 𝐽/𝜓 decays is performed using the (1310.6±7.0)×106 𝐽/𝜓 decays collected by the BESIII detector. Two approaches are presented. A mass-dependent analysis is performed by parametrizing the 𝐾𝑆𝐾𝑆 invariant mass spectrum as a sum of Breit-Wigner line shapes. Additionally, a mass-independent analysis is performed to extract a piecewise function that describes the dynamics of the 𝐾𝑆𝐾𝑆 system while making minimal assumptions about the properties and number of poles in the amplitude. The dominant amplitudes in the mass-dependent analysis include the 𝑓0(1710), 𝑓0(2200), and 𝑓′2(1525). The mass-independent results, which are made available as input for further studies, are consistent with those of the mass-dependent analysis and are useful for a systematic study of hadronic interactions. The branching fraction of radiative 𝐽/𝜓 decays to 𝐾𝑆𝐾𝑆 is measured to be (8.1±0.4)×10−4, where the uncertainty is systematic and the statistical uncertainty is negligible.
Since the last 20 years, modern heuristic algorithms and machine learning have been increasingly used for several purposes in accelerator technology and physics. Since computing power has become less and less of a limiting factor, these tools have become part of the physicist community's standard toolkit [1][2] [3] [4] [5]. This paper describes the construction of an algorithm that can be used to generate an optimised lattice design for transfer lines under the consideration of restrictions that usually limit design options in reality. The developed algorithm has been applied to the existing SIS18 to HADES transfer line in GSI.
The new heavy ion superconducting continuous wave HElmholtz LInear ACcelerator (HELIAC) is under construction at GSI. A normal conducting injector, comprising an ECR ion source, an RFQ and a DTL, is recently in development. The new Interdigital H-mode DTL, presented in this paper, accelerates the heavy ion beam from 300 to 1400 keV/u, applying an Alternating Phase Focusing (APF) beam dynamics scheme. This APF section, consisting of two separately controlled tanks, has to provide for stable routine operation with assistance of dedicated beam diagnostics devices in the Intertank section. The installed quadrupole lenses and beam steerers installed there ensure full transmission in a wide range of input beam parameters.
An empirical study of the per capita yield of science Nobel prizes : is the US era coming to an end?
(2018)
We point out that the Nobel prize production of the USA, the UK, Germany and France has been in numbers that are large enough to allow for a reliable analysis of the long-term historical developments. Nobel prizes are often split, such that up to three awardees receive a corresponding fractional prize. The historical trends for the fractional number of Nobelists per population are surprisingly robust, indicating in particular that the maximum Nobel productivity peaked in the 1970s for the USA and around 1900 for both France and Germany. The yearly success rates of these three countries are to date of the order of 0.2–0.3 physics, chemistry and medicine laureates per 100 million inhabitants, with the US value being a factor of 2.4 down from the maximum attained in the 1970s. The UK in contrast managed to retain during most of the last century a rate of 0.9–1.0 science Nobel prizes per year and per 100 million inhabitants. For the USA, one finds that the entire history of science Noble prizes is described on a per capita basis to an astonishing accuracy by a single large productivity boost decaying at a continuously accelerating rate since its peak in 1972.
A novel method for identifying the nature of QCD transitions in heavy-ion collision experiments is introduced. PointNet based Deep Learning (DL) models are developed to classify the equation of state (EoS) that drives the hydrodynamic evolution of the system created in Au-Au collisions at 10 AGeV. The DL models were trained and evaluated in different hypothetical experimental situations. A decreased performance is observed when more realistic experimental effects (acceptance cuts and decreased resolutions) are taken into account. It is shown that the performance can be improved by combining multiple events to make predictions. The PointNet based models trained on the reconstructed tracks of charged particles from the CBM detector simulation discriminate a crossover transition from a first order phase transition with an accuracy of up to 99.8%. The models were subjected to several tests to evaluate the dependence of its performance on the centrality of the collisions and physical parameters of fluid dynamic simulations. The models are shown to work in a broad range of centralities (b=0–7 fm). However, the performance is found to improve for central collisions (b=0–3 fm). There is a drop in the performance when the model parameters lead to reduced duration of the fluid dynamic evolution or when less fraction of the medium undergoes the transition. These effects are due to the limitations of the underlying physics and the DL models are shown to be superior in its discrimination performance in comparison to conventional mean observables.
A primordial state of matter consisting of free quarks and gluons that existed in the early universe a few microseconds after the Big Bang is also expected to form in high-energy heavy-ion collisions. Determining the equation of state (EoS) of such a primordial matter is the ultimate goal of high-energy heavy-ion experiments. Here we use supervised learning with a deep convolutional neural network to identify the EoS employed in the relativistic hydrodynamic simulations of heavy ion collisions. High-level correlations of particle spectra in transverse momentum and azimuthal angle learned by the network act as an effective EoS-meter in deciphering the nature of the phase transition in quantum chromodynamics. Such EoS-meter is model-independent and insensitive to other simulation inputs including the initial conditions for hydrodynamic simulations.
We estimate the production rate of photons by the quark-gluon plasma in lattice QCD. We propose a new correlation function which provides better control over the systematic uncertainty in estimating the photon production rate at photon momenta in the range πT/2 to 2πT. The relevant Euclidean vector current correlation functions are computed with Nf = 2 Wilson clover fermions in the chirally-symmetric phase. In order to estimate the photon rate, an ill-posed problem for the vector-channel spectral function must be regularized. We use both a direct model for the spectral function and a modelindependent estimate from the Backus-Gilbert method to give an estimate for the photon rate.
This thesis presents the implementation of the online reconstruction, calibration and monitoring of the data of the Transition Radiation Detector of ALICE. This reconstruction is performed on the High Level Trigger, the third level of the ALICE trigger system, and enables online calibration and monitoring of the incoming data. Additionally, the HLT can steer the data storage, such that only physical interesting events are saved. The online reconstruction, as well as the calibration, makes use of the existing offline algorithms. Therefore, interfaces between the HLT and these offline algorithms were implemented. For being able to reach the speed of 2000 Hz in proton-proton collisions, and 200 Hz in leadlead collisions, the algorithms had to be accelerated. Bottlenecks were tracked down using dedicated tools, and respective code was either reimplemented or it is being skipped during the online reconstruction. The quality of the output data was monitored throughout the implementation, to assure that it is not being cut too much.
In this thesis the first fully integrated Boltzmann+hydrodynamics approach to relativistic heavy ion reactions has been developed. After a short introduction that motivates the study of heavy ion reactions as the tool to get insights about the QCD phase diagram, the most important theoretical approaches to describe the system are reviewed. To model the dynamical evolution of the collective system assuming local thermal equilibrium ideal hydrodynamics seems to be a good tool. Nowadays, the development of either viscous hydrodynamic codes or hybrid approaches is favoured. For the microscopic description of the hadronic as well as the partonic stage of the evolution transport approaches have beeen successfully applied, since they generate the full phse-space dynamics of all the particles. The hadron-string transport approach that this work is based on is the Ultra-relativistic Quantum Molecular Dynamics (UrQMD) approach. It constitutes an effective solution of the relativistic Boltzmann equation and is restricted to binary collisions of the propagated hadrons. Therefore, the Boltzmann equation and the basic assumptions of this model are introduced. Furthermore, predictions for the charged particle multiplicities at LHC energies are made. The next step is the development of a new framework to calculate the baryon number density in a transport approach. Time evolutions of the net baryon number and the quark density have been calculated at AGS, SPS and RHIC energies and the new approach leads to reasonable results over the whole energy range. Studies of phase diagram trajectories using hydrodynamics are performed as a first move into the direction of the development of the hybrid approach. The hybrid approach that has been developed as the main part of this thesis is based on the UrQMD transport approach with an intermediate hydrodynamical evolution for the hot and dense stage of the collision. The initial energy and baryon number density distributions are not smooth and not symmetric in any direction and the initial velocity profiles are non-trivial since they are generated by the non-equilibrium transport approach. The fulll (3+1) dimensional ideal relativistic one fluid dynamics evolution is solved using the SHASTA algorithm. For the present work, three different equations of state have been used, namely a hadron gas equation of state without a QGP phase transition, a chiral EoS and a bag model EoS including a strong first order phase transition. For the freeze-out transition from hydrodynamics to the cascade calculation two different set-ups are employed. Either an in the computational frame isochronous freeze-out or an gradual freeze-out that mimics an iso-eigentime criterion. The particle vectors are generated by Monte Carlo methods according to the Cooper-Frye formula and UrQMD takes care of the final decoupling procedure of the particles. The parameter dependences of the model are investigated and the time evolution of different quantities is explored. The final pion and proton multiplicities are lower in the hybrid model calculation due to the isentropic hydrodynamic expansion while the yields for strange particles are enhanced due to the local equilibrium in the hydrodynamic evolution. The elliptic flow values at SPS energies are shown to be in line with an ideal hydrodynamic evolution if a proper initial state is used and the final freeze-out proceeds gradually. The hybrid model calculation is able to reproduce the experimentally measured integrated as well as transverse momentum dependent $v_2$ values for charged particles. The multiplicity and mean transverse mass excitation function is calculated for pions, protons and kaons in the energy range from $E_{\rm lab}=2-160A~$GeV. It is observed that the different freeze-out procedures have almost as much influence on the mean transverse mass excitation function as the equation of state. The experimentally observed step-like behaviour of the mean transverse mass excitation function is only reproduced, if a first order phase transition with a large latent heat is applied or the EoS is effectively softened due to non-equilibrium effects in the hadronic transport calculation. The HBT correlation of the negatively charged pion source created in central Pb+Pb collisions at SPS energies are investigated with the hybrid model. It has been found that the latent heat influences the emission of particles visibly and hence the HBT radii of the pion source. The final hadronic interactions after the hydrodynamic freeze-out are very important for the HBT correlation since a large amount of collisions and decays still takes place during this period.
Relying on the existing estimates for the production cross sections of mini black holes in models with large extra dimensions, we review strategies for identifying those objects at collider experiments. We further consider a possible stable final state of such black holes and discuss their characteristic signatures. Keywords: Black holes
An investigation of photoelectron angular distributions and circular dichroism of chiral molecules
(2021)
The present work demonstrates the capability of several type of molecular frame photoelectron angular distributions (MFPADs) and their linked chiroptical phenomenon the photoelectron circular dichroism (PECD) to map in great detail the molecular geometry of polyatomic chiral molecules as a function of photoelectron energy. To investigate the influence of the molecular potential on the MFPADs, two chiral molecules were selected, namely 2-(methyl)oxirane (C3H6O, MOx, m = 58,08 uma) and 2-(trifluoromethyl)oxirane (C3H3F3O, TFMOx, m = 112,03 uma). The two molecules differs in one substitutional group and share an oxirane group where the O(1s) electron was directly photoionized with the use of synchrotron radiation in the soft X-ray regime. The direct photoionization of the K-shell electron is well localized in the molecule and it induces the ejection of two or more electrons; the excited system separates into several charged (and eventually neutral) fragments which undergo Coulomb explosion due to their charges. The electrons and the fragments were detected using the COLd Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy (COLTRIMS) and the momentum vectors calculated for each fragment belonging from a single ionization. The former method gives the possibility to post-orient molecules in space, giving access to the molecular frame, thus the MFPAD and its related PECD for multiple light propagation direction.
Stereochemistry (from the Greek στερεο- stereo- meaning solid) refers to chemistry in three dimensions. Since most molecules show a three-dimensional structure (3D), stereochemistry pervades all fields of chemistry and biology, and it is an essential point of view for the understanding of chemical structure, molecular dynamics and molecular reactions. The understanding of the chemistry of life is tightly bounded with major discoveries in stereochemistry, which triggered tremendous technical advancements, making it a flourishing field of research since its revolutionary introduction in late 18th century. In chemistry, chirality is a brunch of stereochemistry which focuses on objects with the peculiar geometrical property of not being superimposable to their mirror-images. The word chirality is derived from the Greek χειρ for “hand”, and the first use of this term in chemistry is usually attributed to Lord Kelvin who called during a lecture at the Oxford University Junior Scientific Club in 1893 “any geometrical figure, or group of points, “chiral”, and say that it has chirality if its image in a plane mirror, ideally realized, cannot be brought to coincide with itself.”. Although the latter is usually considered as the birth of the word chirality, the concept underlying it was already present in several fields of science (above all mathematics), already proving the already multidisciplinary relevance of chirality across many field of science and beyond. Nature shows great examples of chiral symmetry on all scales. Empirically, it is possible to observe it at macroscopic scale (e.g. distribution of rotations of galaxies), down to the microscopic scale (e.g. structure of some plankton species), but it is at the molecular level where the number gets remarkable: most of the pharmaceutical drugs, food fragrances, pheromones, enzymes, amino acids and DNA molecules, in fact, are chiral. Moreover, the concept of chirality goes far beyond the mere spatial symmetry of objects being crucially entangled with the fundamental properties of physical forces in nature. The symmetry breaking, namely the different physical behaviour of a two chiral systems upon the same stimuli, is considered to be one of the best explanation for the long standing questions of homochirality in biological life, and ultimately to the chemical origin of life on Earth as we know it. Our organism shows high enantio-selectivity towards specific compounds ranging from drugs, to fragrances. Over 800 odour molecules commonly used in food and fragrance industries have been identified as chiral and their enantiomeric forms are perceived to have very different smells, as the well-know example of D- and L- limonene. Similarly, responses to pharmaceuticals drugs can be enantiomer specific, and in fact about 60 % the drugs currently on the market are chiral compounds, and nearly 90 % of them are sold as racemates. The same degree of enantio-selectivity is observed in the communications systems of plants and insects. Plants produce lipophilic liquids with high vapour pressure called plant volatiles (PVs) which are synthesized via different enzymes called tarpene synthases that are usually chiral. Chiral molecules and chiral effects have a strong impact on all the fields of science with exciting developments ranging from stereo-selective synthesis based on heterogeneous enantioselective catalysis, to optoelctronics, to photochemical asymmetric synthesis, and chiral surface science, just to cite a few.
Chiral molecules come in two forms called enantiomers. Their almost identical chemical and physical properties continue to pose technical challenges concerning the resolution of racemic mixtures, the determination of the enantiomeric excess, and the direct determination of the absolute configuration of an enantiomer. ...
A modern linear accelerator of ions is a long chain of different accelerating-focusing structures. The design of new linacs, as well as an upgrade and optimization of operating facilities, requires precise and reliable beam matching with the subsequent sections. Proper matching of the beam to the channel allows to improve the performance of the whole linac and to reduce the specific costs. Additionally it helps to avoide particle loss in high energy high intensity linacs. Generally a matching algorithm combines precisely measured or calculated accelerating-focusing external fields and experimentally obtained details of the beam parameters with an advanced code for beam dynamics simulations including space charge effects. Experimental results are introduced into a code as input data. The described algorithm has already been successfully implemented for several GSI projects: an upgrade of the GSI heavy ion linac UNILAC, an ion linac for the cancer therapy, the proton linac for the FAIR facility, a facility for laser acceleration of ions and others. Measured data and results of beam dynamics simulations leading to an achieved improvement of the linac performance are presented.
Ein wesentlicher Forschungsgegenstand der Kernphysik ist die Untersuchung der Eigenschaften von Kernmaterie. Das Verständnis darüber gibt in Teilen Aufschluss über die Erscheinungsweise und Wechselwirkung von Materie. Ein Schlüssel liegt dabei in der Untersuchung der Modifikation der Eigenschaften von Hadronen in dem Medium Kernmaterie, das durch Parameter wie Dichte und Temperatur gekennzeichnet werden kann. Man hofft damit unter anderem Einblick in die Mechanismen zu bekommen, welche zur Massenbildung der Hadronen beitragen. Zur Untersuchung solcher Modifikationen eignen sich insbesondere Vektormesonen, die in e+e- Paare zerfallen. Die Leptonen dieser Paare wechselwirken nicht mehr stark mit der Materie innerhalb der Reaktionszone, und tragen somit wichtige Informationen ungestört nach außen. Das HADES-Spektrometer bei GSI wird dazu verwendet die leichten bei SIS-Energien produzierten Vektormesonen rho, omega und phi zu vermessen. Hierzu wurde zum erste mal das mittelschwere Stoßsystem Ar+KCl bei einer Strahlenergie von 1,76 AGeV gemessen. Die im Vergleich zum früher untersuchten System C+C höhere Spurmultiplizität innerhalb der Spektrometerakzeptanz verlangte eine Anpassung der bisher verwendeten Datenanalyse. Das bisher verwendete Verfahren, mehrere scharfe Schnitte auf verschiedene Observablen seriell anzuwenden, um einzelne Leptonspuren als solche zu identifizieren, wurde durch eine neu entwickelte multivariate Analyse ersetzt. Dabei werden die Informationen aller beteiligten Observablen mit Hilfe eines Algorithmus zeitgleich zusammengeführt, damit Elektronen und Positronen vom hadronischen Untergrund getrennt werden können. Durch Untersuchung mehrerer Klassifizierer konnte ein mehrschichtiges künstliches neuronalen Netz als am besten geeigneter Algorithmus identifiziert werden. Diese Art der Analyse hat den Vorteil, dass sie viel robuster gegenüber Fluktuationen in einzelnen Observablen ist, und sich somit die Effizienz bei gleicher Reinheit steigern lässt. Die Rekonstruktion von Teilchenspuren im HADES-Spektrometer basiert nur auf wenigen Ortsinformationen. Daher können einzelne vollständige Spuren a priori nicht als solche gleich erkannt werden. Vielmehr werden durch verschiedene Kombinationen innerhalb derselben Mannigfaltigkeit von Positionspunkten mehr Spuren zusammengesetzt, als ursprünglich produziert wurden. Zur Identifikation des maximalen Satzes eindeutiger Spuren eines Ereignisses wurde eine neue Methode der Spurselektion entwickelt. Während dieser Prozedur werden Informationen gewonnen, die im weiteren Verlauf der Analyse zur Detektion von Konversions- und pi0-Dalitz-Paaren genutzt werden, die einen großen Beitrag zum kombinatorischen Untergrund darstellen. Als Ergebnis wird das effizienzkorrigierte, und auf die mittlere Zahl der Pionen pro Ereignis normierte, Spektrum der invarianten Elektronpaarmasse präsentiert. Erste Vergleiche mit der konventionellen Analysemethode zeigen dabei eine um etwa 30% erhöhte Rekonstruktionseffizienz. Das Massenspektrum setzt sich aus mehr als 114.000 Paaren zusammen -- über 16.000 davon mit einer Masse größer als 150 MeV. Ein erster Vergleich mit einem einfachen thermischen Modell, welches durch den Ereignisgenerator Pluto dargestellt wird, eröffnet die Möglichkeit, die hier gefundenen Produktionsraten des omega- und phi-Mesons durch m_T-Skalierung an die durch andere Experimente ermittelten Raten des eta zu koppeln. In diesem Zusammenhang findet sich weiterhin ein von der Einschussenergie abhängiger Produktionsüberschluss von F(1,76) = Y_total/Y_PLUTO = 5,3 im Massenbereich M = 0,15...0,5 GeV/c^2. Die theoretische Erklärung dieses Überschusses birgt neue Erkenntnisse zu den in-Medium Eigenschaften von Hadronen.
Analyse der hadronischen Endzustandsverteilungen in ultra-relativistischen Blei-Blei-Kollisionen
(1997)
Die in ultra-relativistischen Schwerionenkollisionen erreichten Dichten und Temperaturen der hochangeregten hadronischen Kernmaterie führen möglicherweise zu einem Übergang in eine partonische Phase ohne Einschluß der Quarks und Gluonen in Hadronen (Quark-Gluon Plasma). Dieser Kontinuumszustand der Quantenchromodynamik wird in der frühen Anfangsphase des Universums bei sehr hohen Temperaturen und im Inneren von Neutronensternen bei einem Vielfachen der Grundzustandsdichte von Kernmaterie erwartet. Im Herbst 1994 wurden am europäischen Kernforschungszentrum CERN im Rahmen des NA49-Experimentes zentrale 208Pb + 208Pb - Kollisionen am SPS bei einer Einschußenergie von 158 GeV pro Nukleon untersucht. Die Daten wurden in einer der Spurendriftkammern (VTPC2) aufgenommen, die zur präzisen Messung des Impulses in einem Magnetfeld positioniert wurde. Aus diesem Datenensemble wurden in dieser Arbeit 61000 Ereignisse in Hinblick auf die Produktion negativ geladener Hadronen (h-) und die Endzustandsverteilungen der an der Reaktion teilnehmenden Nukleonen (Partizipanten) analysiert. Die Phasenraum-Akzeptanz der VTPC2 erstreckt sich für die negativ geladenen Hadronen im Rapiditätsintervall yPi = [3.2 5.0] und für die Netto-Protonen bei yp = [3.0, 4.4] über den Transversalimpuls-Bereich von p..=[0.0 2.0] GeV/c. Die statistischen Fehler der vorgestellten Ergebnisse reduzieren sich durch die große Statistik zu << 1%, die systematischen Fehler der Impulsmessung liegen im Bereich <= 2%. Die Korrektur auf Ineffizienzen des verwendeten Spur-Rekonstruktionsalgorithmus ist mit der lokalen Spurdichte und der Ereignismultiplizität korreliert und trägt wesentlich zum systematischen Fehler bei: für die negativ geladenen Hadronen im Bereich von 5%, für die Netto-Protonen 15-20%. Die Untersuchung der Effekte hoher Raumladungsdichten in verschiedenen Zählgasen der Spurendriftkammern führte zu einer Optimierung der Betriebsparameter der Detektoren und damit zu einer Reduzierung der Zahl saturierter Auslesekanäle. Die erhöhte Effizienz der Spurpunkt-Rekonstruktion verbesserte die Zweispurauflösung auf 100% bei einem mittleren Abstand von 2 cm zwischen zwei benachbarten Spuren, die Ortsauflöosung in der VTPC2 liegt im Bereich von 270-350 Mikrom in longitudinaler und transversaler Richtung und die relative Impulsauflösung beträgt dp/p exp 2 ~ 2 x 10 exp (-4) (GeV/c) exp (-1). Die in zentralen Blei-Blei-Stößen produzierten negativ geladenen Hadronen weisen mittlere Transversalimpulse von <p..> ~ 366 MeV/c bei y Pi = 4.3 bis <p..> ~ 300 MeV/c bei y Pi auf; für die Netto-Protonen fällt der aus dem mittleren Transversalimpuls berechnete Temperaturparameter von 275 MeV bei midrapidity bis zu 230 MeV bei yp = 4.3 ab. Im Vergleich mit anderen Stoßsystemen als Funktion der Anzahl produzierter Teilchen wird ein leichter Anstieg von <p..> beobachtet. Die Rapiditätsabhängigkeit des mittleren Transversalimpulses der produzierten h- in Nukleon-Nukleon- und zentralen Schwefel-Schwefel-Reaktionen ist mit denen der untersuchten Pb-Kollisionen in Form und Breite der Verteilung vergleichbar. Die Analyse der Transversalimpuls-Spektren von h- und (p-anti-p) fürt zu inversen Steigungsparametern von <T Pi> ~ 165 MeV und <T Pi> ~ 255 MeV, die teilweise über der von Hagedorn vorhergesagten Grenztemperatur eines hadronischen Gases liegen. Zudem zeigen die Spektren des invarianten Wirkungsquerschnittes deutliche Abweichungen von dem in einem thermischen Modell erwarteten exponentiellen Verlauf bei kleinen und großen <p..>. Innerhalb eines hydrodynamischen Modells sind diese Abweichungen vom idealen Verlauf mit einer kollektiven transversalen Expansion kompatibel, die mittleren transversalen Flußgeschwindigkeiten betragen <v..> ~ 0.6 c, die Ausfriertemperaturen <T PI, f0> ~ 95 MeV und <T P, f0> ~ 110 MeV. Die im Vergleich zu Nukleon-Nukleon-Stößen in Schwerionenreaktionen erhöhte Produktion von h- bei kleinen Transversalimpulsen wird in allen betrachteten y Pi -Intervallen zu 10-20% bestimmt. Im Gegensatz zu Messungen des NA44-Experimentes mit <h->/<h+> = 1.8 kann aus dem Verhältnis des invarianten Wirkungsquerschnittes von negativ zu positiv geladenen Hadronen bei kleinen transversalen Energien nur eine moderate Erhöhung um <h->/<h+> = 1.2 festgestellt werden, was auf keinen signifikanten Coulomb-Effekt durch eine mitbewegte positive Ladung schließen läßt. Die Erweiterung der Akzeptanz der (p - anti p)-Rapiditätsverteilung in der VTPC2 durch Messungen der MTPC bei großen Rapiditäten führt zu einer mittleren Gesamtmultiplizität von 151 +- 9 an der Reaktion teilnehmenden Protonen pro Ereignis. Der durchschnittliche Rapiditätsverlust der Projektilprotonen beträgt <delta y> = 1.99 +- 0.19, für zentrale Kollisionen des S+S-Systems ergibt sich ein um 20% niedrigerer Wert. Das Verhältnis der Dichte der hochkomprimierten Materie im Reaktionsvolumen zur Grundzustandsdichte von Kernmaterie ist im Rahmen von Modellvorhersagen rho/rho ~ 7.3. Der mittlere Energieverlust pro Nukleon im Schwerpunktsystem wurde bei einer zur Verfügung stehenden Eingangsenergie von sqrt(s) = 8.6 GeV/Nukleon zu <dE> exp (cms) N = 5.4 GeV ermittelt: die Stopping Power ergibt P = 63 %. Aus der Baryonen-Dichte bei midrapidity läßt sich in einem einfachen 2-Flavour Modell das baryo-chemische Potential zu mü-B = 182 MeV berechnen. Die ermittelte Gesamtmultiplizität der h- beträgt 716 +-11, die Breite einer angepaßten Gauß-Verteilung ist mit Rhp -Pi = 1.37 um 40% breiter als die dn/dy-Verteilung einer stationären, thermisch emittierenden Quelle: zusammen mit Messungen der Quellgrößen und einer longitudinalen Expansionsgeschwindigkeit innerhalb der HBT-Analyse ergibt sich das Bild einer elongierten, longitudinal boost-invariant expandierenden Quelle. Die dn/dy-Verteilungen der h- aus <N + N>- und Pb+Pb-Reaktionen zeigen die Andeutung eines Plateaus um die Schwerpunktsrapidität, was auf eine Teilchenproduktion gemäß dem Bjorken-Bild entlang eines zylinderförmigen Reaktionsvolumens schließen läßt. Die Zahl der produzierten negativ geladenen Hadronen pro Partizipant beträgt in den analysierten Ereignissen <h->/<N B - AntiB> = 1.88 und steigt im Vergleich mit den Werten aus den symmetrischen Stßsystemen <N+N> und S+S leicht an. Die im Reaktionsvolumen deponierte Energie aus dem Energieverlust der partizipierenden Nukleonen wird somit nur geringfügig für die erhöhte Produktion von h- verwendet. Die h-Multiplizität als Maß für die System-Entropie zeigt - ebenso wie die im NA35-Experiment gemessenen zentralen S+S-Kollisionen bei 200 GeV pro Nukleon - als Funktion der Einschußenergie der Projektilkerne eine Überhöhung im Vergleich zu Reaktionen bei niedrigeren Energien, was einem möglichen Anstieg der Zahl der Freiheitsgrade und damit der Formation einer partonischen Phase bei ultra-relativistischen Schwerionenkollisionen entsprechen könnte. Aus den Messungen der Netto-Baryonen und der produzierten h- wurde im Bjorken-Bild die Energiedichte im zentralen Reaktionsvolumen zu E = 2.14 GeV/fm exp 3 bestimmt.
In dieser Arbeit wurden Untersuchungen zur Einstellung und Analyse des Sauerstoffgehalts an YBa2Cu3O6+x-Dünnfilmen durchgeführt. Zur Analyse des Sauerstoffgehalts wurde ein optisches Verfahren angewendet. Durch Messung der Transmission un der Reflektion in einem Spektralbereich von 2000nm bis 3000nm wird mit Hilfe des im Rahmen dieser Arbeit erstellten Markov-Modells die optische Leitfähigkeit bestimmt. Aus den gewonnen Werten der optischen Leitfähigkeit kann so auf den Sauerstoffgehalt in YBa2Cu3O6+x geschlossen werden.