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Das radioaktive Edelgas Radon und seine ebenfalls radioaktiven Zerfallsprodukte machen den größten Teil der natürlichen Strahlenbelastung in Deutschland aus. Trotz der Einstufung als krebserregend für Lungenkrebs wird es zur Therapie entzündlicher Krankheiten eingesetzt. Der hauptsächliche Aufnahmemechanismus ist dabei die Inkorporation über die Atmung, wobei Radon auch über die Haut aufgenommen werden kann. Radon wird dabei über das Blut im gesamten Körper verteilt und kann in Gewebe mit hoher Radonlöslichkeit akkumulieren. Die Zerfallsprodukte verbleiben jedoch in der Lunge, zerfallen dort, bevor sie abtransportiert werden können und schädigen das dortige Gewebe.
Die Lungendosis wird laut Simulationen zum größten Teil durch die kleinsten Radon-Zerfallsprodukte (< 10 nm) bestimmt, die besonders effektiv im Respirationstrakt anheften. Die erzeugte Dosis ist dabei aufgrund der inhomogenen Anlagerung der Zerfallsprodukte lokal stark variabel. In Simulationen wurden Bifurkationen als Ort besonders hoher Deposition identifiziert, wobei die experimentelle Datenlage zur Deposition kleinster Radon-Zerfallsprodukte eingeschränkt ist. Aufgrund des Anstiegs der Komplexität von Simulationen oder Experimenten wird in den meisten Betrachtungen nicht der oszillatorische Atemzyklus berücksichtigt, sondern lediglich ein einseitig gerichteter Luftstrom betrachtet. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein experimentelles Modell entwickelt und etabliert, das die Messung der Deposition von Radon-Zerfallsprodukten ermöglicht und zwischen drei Größenfraktionen (Freie Zerfallsprodukte: < 10 nm, Cluster: 20-100 nm, Angelagerte Zerfallsprodukte: > 100 nm) unterscheiden kann. Der Luftfluss durch das Modell bildet sowohl die Inhalation als auch die Exhalation ab. Erste Experimente mit dem neu entwickelten Messaufbau konnten die aus Simulationen bekannte erhöhte Deposition der freien Zerfallsprodukte in einer Bifurkation abbilden. Die Vergrößerung des Bifurkationswinkels von 70° auf 180° zeigte lediglich einen minimalen Anstieg in der Größenordnung des Messfehlers. Der dominierende Prozess der Anlagerung der freien Zerfallsprodukte ist die Brown'sche Molekularbewegung, die unabhängig vom Bifurkationswinkel ist. Dennoch kann ein veränderter Winkel die Luftströmung und entstehende Turbulenzen verändern, wodurch die Deposition beeinflusst werden kann. Dies lässt sich jedoch mit dem hier benutzten Messaufbau nicht auflösen. Entgegen der Beobachtungen in der Literatur führte die Erhöhung der Atemfrequenz von 12 auf 30 Atemzüge pro Minute, in den im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Experimenten, zu keiner messbaren Veränderung der Deposition. Diese Beobachtung ist auf die Entstehung gegensätzlicher Effekte zurückzuführen. Einerseits führt eine schnellere Luftströmung zu kürzeren Aufenthaltszeiten der freien Zerfallsprodukte im Modell, wodurch die Deposition unwahrscheinlicher wird. Andererseits entstehen vermehrt sekundäre Strömungen und absolut betrachtet werden mehr Partikel durch das Modell gepumpt. Es ist davon auszugehen, dass sich diese Effekte im hier getesteten Bereich aufheben.
Als potentielle Schutzmaßnahme zur Reduktion der Lungendosis konnte im Rahmen dieser Arbeit die Filtereffzienz von Gesichtsmasken (OP-Masken, FFP2 Masken) gegenüber Radon und seinen Zerfallsprodukten bestimmt werden. Während Radon nicht gefiltert wird, wurden die freien Zerfallsprodukte fast vollständig (> 98%) und die Cluster zum größten Teil (≈ 80 %) zurückgehalten.
Radon selbst kann im gesamten Organismus verteilt werden und dort in Gewebe akkumulieren. Zur Bestimmung der Dosis wird dabei auf biokinetische Modelle zurückgegriffen. Diese sind von der Qualität ihrer Eingabeparameter abhängig, wobei beispielsweise die Werte zur Verteilung von Radon zwischen Blut und Gewebe auf experimentell gewonnenen Löslichkeitswerten aus Mäusen und Ratten beruhen. Unbekannte Werte werden von der Internationalen Strahlenschutzkommission basierend auf der Gewebezusammensetzung als gewichteter Mittelwert berechnet. In dieser Arbeit wurde die Löslichkeit in humanen Blutproben und wässrigen Lösungen verschiedener Konzentrationen der Blutproteine Hämoglobin und Albumin bestimmt. Es löste sich mehr Radon in Plasma als in Erythrozytenkonzentrat und Vollblut. Die Protein-Lösungen zeigten keine Konzentrationsabhängigkeit der Löslichkeit, sondern lediglich in hitzedenaturiertem Hämoglobin wurde eine niedrigere Löslichkeit gemessen. Basierend auf diesen Beobachtungen, sollte die These überprüft werden, ob sich die Löslichkeit einer Mischung als gewichteter Mittelwert der einzelnen Löslichkeiten berechnen lässt. Daher wurden diese in einer Mischung aus zwei Flüssigkeiten (1-Pentanol, Ölsäure) bestimmt. Die experimentell bestimmte Löslichkeit war dabei fast doppelt so groß wie der berechnete Wert. Dieser Unterschied kann dadurch zustande kommen, dass bei einer Berechnung basierend auf der Zusammensetzung die Wechselwirkungen zwischen den Lösungsmitteln vernachlässigt werden. Dies verdeutlicht die Notwendigkeit experimenteller Daten zur Verteilung und Lösung von Radon in verschiedenem Gewebe.
We measure the Born cross section for the reaction e+e−→ηhc from s√=4.129 to 4.600~GeV using data sets collected by the BESIII detector running at the BEPCII collider. A resonant structure in the cross section line shape near 4.200~GeV is observed with a statistical significance of 7σ. The parameters of this resonance are measured to be \MeasMass\ and \MeasWidth, where the first uncertainties are statistical and the second systematic.
Motivated by the on-going discussion on the nature of magnetism in the quantum Ising chain CoNb2O6, we present a first-principles-based analysis of its exchange interactions by applying an \textit{ab initio} approach with additional modelling that accounts for various drawbacks of a purely density functional theory ansatz. With this method we are able to extract and understand the origin of the magnetic couplings under inclusion of all symmetry-allowed terms, and to resolve the conflicting model descriptions in CoNb2O6. We find that the twisted Kitaev chain and the transverse-field ferromagnetic Ising chain views are mutually compatible, although additional off-diagonal exchanges are necessary to provide a complete picture. We show that the dominant exchange interaction is a ligand-centered exchange process - involving the eg electrons -, which is rendered anisotropic by the low-symmetry crystal fields environments in CoNb2O6, giving rise to the dominant Ising exchange, while the smaller bond-dependent anisotropies are found to originate from d−d kinetic exchange processes involving the t2g electrons. We demonstrate the validity of our approach by comparing the predictions of the obtained low-energy model to measured THz and inelastic neutron scattering spectra.
he family of cubic noncentrosymmetric 3-4-3 compounds has become a fertile ground for the discovery of novel correlated metallic and insulating phases. Here, we report the synthesis of a new heavy fermion compound, Ce3Bi4Ni3. It is an isoelectronic analog of the prototypical Kondo insulator Ce3Bi4Pt3 and of the recently discovered Weyl-Kondo semimetal Ce3Bi4Pd3. In contrast to the volume-preserving Pt-Pd substitution, structural and chemical analyses reveal a positive chemical pressure effect in Ce3Bi4Ni3 relative to its heavier counterparts. Based on the results of electrical resistivity, Hall effect, magnetic susceptibility, and specific heat measurements, we identify an energy gap of 65–70 meV, about eight times larger than that in Ce3Bi4Pt3 and about 45 times larger than that of the Kondo-insulating background hosting the Weyl nodes in Ce3Bi4Pd3. We show that this gap as well as other physical properties do not evolve monotonically with increasing atomic number, i.e., in the sequence Ce3Bi4Ni3−Ce3Bi4Pd3−Ce3Bi4Pt3, but instead with increasing partial electronic density of states of the 𝑑 orbitals at the Fermi energy. This work opens the possibility to investigate the conditions under which topological states develop in this series of strongly correlated 3-4-3 materials.
The family of cubic noncentrosymmetric 3-4-3 compounds has become a fertile ground for the discovery of novel correlated metallic and insulating phases. Here, we report the synthesis of a new heavy fermion compound, Ce3Bi4Ni3. It is an isoelectronic analog of the prototypical Kondo insulator Ce3Bi4Pt3 and of the recently discovered Weyl-Kondo semimetal Ce3Bi4Pd3. In contrast to the volume-preserving Pt-Pd substitution, structural and chemical analyses reveal a positive chemical pressure effect in Ce3Bi4Ni3 relative to its heavier counterparts. Based on the results of electrical resistivity, Hall effect, magnetic susceptibility, and specific heat measurements, we identify an energy gap of 65-70 meV, about eight times larger than that in Ce3Bi4Pt3 and about 45 times larger than that of the Kondo-insulating background hosting the Weyl nodes in Ce3Bi4Pd3. We show that this gap as well as other physical properties do not evolve monotonically with increasing atomic number, i.e., in the sequence Ce3Bi4Ni3-Ce3Bi4Pd3-Ce3Bi4Pt3, but instead with increasing partial electronic density of states of the d orbitals at the Fermi energy. To understand under which condition topological states form in these materials is a topic for future studies.
Heterostructures of graphene in proximity to magnetic insulators open the possibility to investigate exotic states emerging from the interplay of magnetism, strain and charge transfer between the layers. Recent reports on the growth of self-integrated atomic wires of β-RuCl3 on graphite suggest these materials as versatile candidates to investigate these effects. Here we present detailed first principles calculations on the charge transfer and electronic structure of β-RuCl3/heterostructures and provide a comparison with the work function analysis of the related honeycomb family members α-RuX3 (X = Cl,Br,I). We find that proximity of the two layers leads to a hole-doped graphene and electron-doped RuX3 in all cases, which is sensitively dependent on the distance between the two layers. Furthermore, strain effects due to lattice mismatch control the magnetization which itself has a strong effect on the charge transfer. Charge accumulation in β-RuCl3 strongly drops away from the chain making such heterostructures suitable candidates for sharp interfacial junctions in graphene-based devices.
canning tunneling microscopy (STM) is perhaps the most promising way to detect the superconducting gap size and structure in the canonical unconventional superconductor Sr2RuO4 directly. However, in many cases, researchers have reported being unable to detect the gap at all in simple STM conductance measurements. Recently, an investigation of this issue on various local topographic structures on a Sr-terminated surface found that superconducting spectra appeared only in the region of small nanoscale canyons, corresponding to the removal of one RuO surface layer. Here, we analyze the electronic structure of various possible surface structures using first principles methods, and argue that bulk conditions favorable for superconductivity can be achieved when removal of the RuO layer suppresses the RuO4 octahedral rotation locally. We further propose alternative terminations to the most frequently reported Sr termination where superconductivity surfaces should be observed.
Motivated by recently reported magnetic-field induced topological phases in ultracold atoms and correlated Moiré materials, we investigate topological phase transitions in a minimal model consisting of interacting spinless fermions described by the Hofstadter model on a square lattice. For interacting lattice Hamiltonians in the presence of a commensurate magnetic flux it has been demonstrated that the quantized Hall conductivity is constrained by a Lieb-Schultz-Mattis (LSM)-type theorem due to magnetic translation symmetry. In this work, we revisit the validity of the theorem for such models and establish that a topological phase transition from a topological to a trivial insulating phase can be realized but must be accompanied by spontaneous magnetic translation symmetry breaking caused by charge ordering of the spinless fermions. To support our findings, the topological phase diagram for varying interaction strength is mapped out numerically with exact diagonalization for different flux quantum ratios and band fillings using symmetry indicators. We discuss our results in the context of the LSM-type theorem.
The absolute branching fraction of the decay Λc(2625)+→Λ+cπ+π− is measured for the first time to be (50.7±5.0stat.±4.9syst.)% with 368.48 pb−1 of e+e− collision data collected by the BESIII detector at the center-of-mass energies of s√=4.918 and 4.950 GeV. This result is lower than the naive prediction of 67\%, obtained from isospin symmetry, by more than 2σ, thereby indicating that the novel mechanism referred to as the \textit{threshold effect}, proposed for the strong decays of Λc(2595)+, also applies to Λc(2625)+. This measurement is necessary to obtain the coupling constants for the transitions between s-wave and p-wave charmed baryons in heavy hadron chiral perturbation theory. In addition, we search for the decay Λc(2595)+→Λ+cπ+π−. No significant signal is observed, and the upper limit on its branching fraction is determined to be 80.8\% at the 90\% confidence level.
The production cross section of inclusive isolated photons has been measured by the ALICE experiment at the CERN LHC in pp collisions at centre-of-momentum energy of s√=13 TeV collected during the LHC Run 2 data-taking period. The measurement is performed by combining the measurements of the electromagnetic calorimeter EMCal and the central tracking detectors ITS and TPC, covering a pseudorapidity range of |ηγ|<0.67 and a transverse momentum range of 7<pγT<200 GeV/c. The result extends to lower pγT and xγT=2pγT/s√ ranges, the lowest xγT of any isolated photon measurements to date, extending significantly those measured by the ATLAS and CMS experiments towards lower pγT at the same collision energy with a small overlap between the measurements. The measurement is compared with next-to-leading order perturbative QCD calculations and the results from the ATLAS and CMS experiments as well as with measurements at other collision energies. The measurement and theory prediction are in agreement with each other within the experimental and theoretical uncertainties.