Refine
Year of publication
- 2021 (359) (remove)
Document Type
- Article (176)
- Preprint (137)
- Doctoral Thesis (27)
- Conference Proceeding (9)
- Contribution to a Periodical (5)
- Bachelor Thesis (3)
- Master's Thesis (2)
Has Fulltext
- yes (359)
Keywords
- BESIII (5)
- Branching fraction (3)
- Cryoelectron microscopy (3)
- Lattice QCD (3)
- Particle decays (3)
- Quantum chromodynamics (3)
- Quantum field theory (3)
- Relativistic heavy-ion collisions (3)
- e+-e− Experiments (3)
- AdS-CFT Correspondence (2)
Institute
- Physik (359) (remove)
The magnetic fields generated in non-central heavy-ion collisions are among the strongest fields produced in the Universe, reaching magnitudes comparable to the scale of the strong interactions. Backed by model simulations, the resulting field is expected to be spatially modulated, deviating significantly from the commonly considered uniform profile. To improve our understanding of the physics of quarks and gluons under such extreme conditions, we use lattice QCD simulations with 2+1 staggered fermion flavors with physical quark masses and an inhomogeneous magnetic background for a range of temperatures covering the QCD phase transition. We assume a 1/cosh2 function to model the field profile and vary its strength to analyze the impact on the computed observables and on the transition. We calculate local chiral condensates, local Polyakov loops and estimate the size of lattice artifacts. We find that both observables show non-trivial spatial features due to the interplay between the sea and the valence effects.
We consider a dual representation of an effective three-dimensional Polyakov loop model for the SU(3) theory at nonzero real chemical potential. This representation is free of the sign problem and can be used for numeric Monte-Carlo simulations. These simulations allow us to locate the line of second order phase transitions, that separates the region of first order phase transition from the crossover one. The behavior of local observables in different phases of the model is studied numerically and compared with predictions of the mean-field analysis. Our dual formulation allows us to study also Polyakov loop correlation functions. From these results, we extract the screening masses and compare them with large-N predictions.
The broad class of U(N) and SU(N) Polyakov loop models on the lattice are solved exactly in the combined large N, Nf limit, where N is a number of colors and Nf is a number of quark flavors, and in any dimension. In this ’t Hooft-Veneziano limit the ratio N/Nf is kept fixed. We calculate both the free energy and various correlation functions. The critical behavior of the models is described in details at finite temperatures and non-zero baryon chemical potential. Furthermore, we prove that the calculation of the N-point (baryon) correlation function reduces to the geometric median problem in the confinement phase. In the deconfinement phase we establish an existence of the complex masses and an oscillating decay of correlations in a certain region of parameters.
According to perturbation theory predictions, QCD matter in the zero-temperature, high-density limits of QCD at nonzero isospin chemical potential is expected to be in a superfluid Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) phase of u and d¯ Cooper pairs. It is also expected, on symmetry grounds, that such phase connects via an analytical crossover to the phase with Bose-Einstein condensation (BEC) of charged pions at μI≥mπ/2. With lattice results, showing some indications that the deconfinement crossover also smoothly penetrates the BEC phase, the conjecture was made that the former connects continuously to the BEC-BCS crossover. We compute the spectrum of the Dirac operator, and use generalized Banks-Casher relations, to test this conjecture and identify signatures of the superfluid BCS phase.
The production of prompt Λ+c baryons at midrapidity (|y|<0.5) was measured in central (0-10%) and mid-central (30-50%) Pb-Pb collisions at the center-of-mass energy per nucleon-nucleon pair sNN−−−√=5.02 TeV with the ALICE detector. The Λ+c production yield, the Λ+c/D0 production ratio, and the Λ+c nuclear modification factor RAA are reported. The results are more precise and more differential in transverse momentum (pT) and centrality with respect to previous measurements. The Λ+c/D0 ratio, which is enhanced with respect to the pp measurement for 4<pT<8 GeV/c, is described by theoretical calculations that model the charm-quark transport in the quark-gluon plasma and include hadronization via both coalescence and fragmentation mechanisms.
The order of the chiral phase transition of lattice QCD with unimproved staggered fermions is known to depend on the number of quark flavours, their masses and the lattice spacing. Previous studies in the literature for Nf∈{3,4} show first-order transitions, which weaken with decreasing lattice spacing. Here we investigate what happens when lattices are made coarser to establish contact to the strong coupling region. For Nf∈{4,8} we find a drastic weakening of the transition when going from Nτ=4 to Nτ=2, which is consistent with a second-order chiral transition reported in the literature for Nf=4 in the strong coupling limit. This implies a non-monotonic behaviour of the critical quark or pseudo-scalar meson mass, which separates first-order transitions from crossover behaviour, as a function of lattice spacing.
In the strong coupling and heavy quark mass regime, lattice QCD dimensionally reduces to effective theories of Polyakov loops depending on the parameters of the original Wilson action β,κ and Nτ. We apply coarse graining techniques to such theories in 1d and 2d, corresponding to lattice QCD at finite temperature and non-zero chemical potential in 1+1d and 2+1d, respectively. In 1d the method is applied to the effective theories up to O(κ4). Using the transfer matrix, the recursion relations are solved analytically. The thermodynamic limit is taken for some observables. Afterwards, continuum extrapolation is performed numerically and results are discussed. In 2d the coarse graining method is applied in the pure gauge and static quark limit. Running couplings are obtained and the fixed points of the transformations are discussed. Finally, the critical coupling of the deconfinement transition is determined in both limits. Agreement to about 12% with Monte Carlo results of 2+1d Yang-Mills theory from the literature is observed.
Quenched QCD at zero baryonic chemical potential undergoes a first-order deconfinement phase transition at a critical temperature Tc, which is related to the spontaneous breaking of the global center symmetry. Including heavy, dynamical quarks breaks the center symmetry explicitly and weakens the first-order phase transition. For decreasing quark masses the first-order phase transition turns into a smooth crossover at a Z2-critical point. The critical quark mass corresponding to this point has been examined with Nf=2 Wilson fermions for several Nτ in a recent study within our group. For comparison, we also locate the critical point with Nf=2 staggered fermions on Nτ=8 lattices. For this purpose we perform Monte Carlo simulations for several quark mass values and various aspect ratios in order to extrapolate to the thermodynamic limit. The critical mass is obtained by fitting to a finite size scaling formula of the kurtosis of the Polyakov loop. Our results indicate large discretization effects, requiring simulations on lattices with Nτ>8.
The direct study of transcription or DNA–protein-binding events, requires imaging of individual genes at molecular resolution. Electron microscopy (EM) can show local detail of the genome. However, direct visualization and analysis of specific individual genes is currently not feasible as they cannot be unambiguously localized in the crowded, landmark-free environment of the nucleus. Here, we present a method for the genomic insertion of gene clusters that can be localized and imaged together with their associated protein complexes in the EM. The method uses CRISPR/Cas9 technology to incorporate several genes of interest near the 35S rRNA gene, which is a frequently occurring, easy-to-identify genomic locus within the nucleolus that can be used as a landmark in micrographs. As a proof of principle, we demonstrate the incorporation of the locus-native gene RDN5 and the locus-foreign gene HSX1. This led to a greater than 7-fold enrichment of RNA polymerase III (Pol III) complexes associated with the genes within the field of view, allowing for a significant increase in the analysis yield. This method thereby allows for the insertion and direct visualization of gene clusters for a range of analyses, such as changes in gene activity upon alteration of cellular or external factors.
Die vorliegende Arbeit präsentiert Forschungsarbeiten basierend auf nanoskopischen Oberflächenmessungen an plasmonischen Metaoberflächen und zweidimensionalen Materialien, insbesondere dem halbleitenden Übergangsmetal-Dichalcogenid (TMDC) WS_2. Die Thesis ist in sieben Kapitel untergegliedert. Die Einleitung vermittelt einen Überblick über die treibenden Kräfte hinter der Forschung im Bereich der Nanophotonik an zweidimensionalen Materialsystemen. Die Untersuchung der Licht-Materie-Wechselwirkung an dünnen Materialgrenzflächen zieht sich als roter Faden durch die gesamte Arbeit.
Das zweite Kapitel beschreibt den experimentellen Aufbau, der für die Durchführung der nanoskopischen Messungen in dieser Arbeit implementiert wurde. Es werden theoretische Grundlagen, das Messprinzip und die Implementierung des optischen Rasternahfeldmikroskops (s-SNOM) skizziert. Außerdem wird ein Strom-Spannungs-Rasterkraftmikroskop (c-AFM) im Kontaktmodus genutzt, um elektrische Ströme auf mikroskopischen zweidimensionalen TMDC-Terrassen zu messen. In den darauffolgenden vier Kapiteln werden die Beiträge dieser Arbeit zur Untersuchung der Licht-Materie-Wechselwirkung auf der Nanoskala aus verschiedenen Perspektiven vorgestellt. Jedes Kapitel enthält eine kurze Einleitung, einen Theorieteil, Messdaten oder Simulationsergebnisse sowie eine Analyse; vervollständigt durch einen Schlussteil.
Die zentrale Arbeit an einer metallischen Metaoberfläche aus elliptischen Goldscheiben wird in Kapitel 3 vorgestellt. Der zugehörige Theorieteil führt in das Konzept von Oberflächen-Plasmon-Polaritonen (SPP) ein, das für den Forschungsbereich der Plasmonik im Allgemeinen wesentlich ist. Verschiedene Methoden zur Berechnung der Dispersionsrelation dieser Oberflächenmoden an ein- und mehrschichtigen Grenzflächen werden auf die untersuchte Metaoberflächenprobe angewendet. Das Modell sagt drei verschiedene Moden voraus, die sich an der Grenzfläche ausbreiten. Eine teil-gebundene ins Substrat abstrahlende Oberflächenmode sowie zwei vergrabene stark gebundene anisotrope Moden. Eine auf der Probe platzierte Nanokugel aus Silizium wird als radiale Anregungsquelle verwendet.
Der Vergleich mit s-SNOM-Nahfeldbildern zeigt, dass nur die schwach gebundene geführte Modenresonanz ausreichend angeregt wurde, um durch s-SNOM-Bildgebung nachgewiesen werden zu können. Die schwache Oberflächenbindung erklärt die scheinbar isotrope Ausbreitung auf der anisotropen Oberfläche. Die Beobachtung der verbleibenden stark eingegrenzten anisotropen vergrabenen Moden würde eine verbesserte tiefenempfindliche Auflösung des Systems erfordern, die im Prinzip für Schichtdicken von 20 nm möglich sein sollte. Darüber hinaus wirft die Beobachtung die Frage auf, ob die durch Impuls- und Modenvolumenanpassung der Nanokugel gegebene Anregungseffizienz einen ausreichenden Anregungsquerschnitt erzeugt, um nachweisbare vergrabene SPP-Moden zu erzeugen.
In Kapitel 4 wird die Idee der Visualisierung vergrabener elektrischer Felder mit s-SNOM fortgesetzt. Hier wird es auf die Untersuchung von WS_2 angewendet, einem zweidimensionalen TMDC-Material, welches Photolumineszenz zeigt. Durch die Strukturierung des Galliumphosphid-Substrats unter der hängenden Monolage, die von einer dünnen Schicht aus hBN getragen wird, wird die Photolumineszenzausbeute um den Faktor 10 erhöht. Dies wird durch den Entwurf einer lateralen DBR-Mikrokavität mit zusätzlich optimierter vertikaler Tiefe erreicht, die in das Substrat geätzt wurde.
Die hochauflösende Abbildung der elektrischen Feldverteilung im Resonator wird durch den Einsatz von s-SNOM ermöglicht, um die Verbesserung der Einkopplung durch diese beiden Ansätze zu bewerten. Es konnte festgestellt werden, dass die laterale Struktur überwiegend zur verstärkten Photolumineszenzausbeute beiträgt, während für die Einkopplung keine offensichtliche Verstärkung auf die vertikale Strukturoptimierung zurückgeführt werden konnte.
Das zweidimensionale Material WS_2 wird in Kapitel 5 erneut mit Hilfe von c-AFM untersucht. Unterschiedlich dicke Multilagen auf Graphen und Gold dienen als Tunnelbarrieren für vertikale Ströme zwischen Substrat und leitender c-AFM-Messpitze. Die Daten können mit einem Fowler-Nordheim-Modell mit Parametern für die Tunnelbreite und Schottky-Barrierenhöhen der beiden Grenzflächen erklärt werden. Die Messungen zeigen jedoch eine schwache Reproduzierbarkeit, was eine detailliertere Zusammenfassung der relevanten Fehlerquellen erfordert. In der Schlussfolgerung des Kapitels werden mehrere Schlüsselaspekte vorgeschlagen, die bei künftigen Messungen berücksichtigt werden sollten. Entscheidend ist, dass c-AFM sehr empfindlich auf die Adsorption von Wasserfilmen an der Probenoberfläche reagiert, worunter WS_2-Oberflächen unter Umgebungsbedingungen leiden...