Universitätspublikationen
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The QCD phase diagram at zero and small baryon density
(2005)
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Owe Philipsen
- I review recent developments in determining the QCD phase diagram by means of lattice simulations.
Since the invention of methods to side-step the sign problem a few years ago, a number
of additional variants have been proposed, and progress has been made towards understanding
some of the systematics involved. All available techniques agree on the transition temperature
as a function of density in the regime mq/T <~1. There are by now four calculations with signals
for a critical point, two of them at similar parameter values and with consistent results. However,
it also emerges that the location of the critical point is exceedingly quark mass sensitive. At the
same time sizeable finite volume, cut-off and step size effects have been uncovered, demanding
additional investigations with exact algorithms on larger and finer lattices before quantitative conclusions
can be drawn. Depending on the sign of these corrections, there is ample room for the
eventual phase diagram to look as expected or also quite different, with no critical point at all.
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The pseudoparticle approach for solving path integrals in gauge theories
(2005)
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Marc Wagner
Frieder Lenz
- We present a numerical technique for calculating path integrals in non-compact U(1) and SU(2)
gauge theories. The gauge fields are represented by a superposition of pseudoparticles of various
types with their amplitudes and color orientations as degrees of freedom. Applied to Maxwell
theory this technique results in a potential which is in excellent agreement with the Coulomb potential.
For SU(2) Yang-Mills theory the same technique yields clear evidence of confinement.
Varying the coupling constant exhibits the same scaling behavior for the string tension, the topological
susceptibility and the critical temperature while their dimensionless ratios are similar to
those obtained in lattice calculations.
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Hard x-ray polarimetry with position sensitive germanium detectors : studies of the recombination transitions into highly charged ions
(2005)
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Stanislav Tashenov
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Zeit-Frequenz-Analyse neuronaler Oszillationen bei Patienten mit kognitiver Dysfunktion
(2005)
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Nuran Tunc-Skarka
- Die vorliegende Arbeit ist der Fragestellung nachgegangen, ob sich die Gedächtnisleistung, insbesondere die von älteren Menschen, durch Gedächtnistraining verbessern lässt. Dabei sollen Verhaltensdaten und EEG-Daten, die simultan mit der Bewältigung einer Gedächtnisaufgabe erhoben wurden, korreliert werden. Untersucht wurden zwei verschiedene Gruppen. Zum einen Mild Cognitive Impairment Patienten und zum anderen eine altersähnliche Kontrollgruppe. Unter Mild Cognitive Impairment (MCI) versteht man eine leichte kognitive Beeinträchtigung des Gedächtnisses, welche aber die Kriterien einer Demenzmanifestation noch nicht erfüllt. Die Diagnosekriterien für MCI sind nicht einheitlich. Ein häufiges Kriterium wurde von Petersen (1999) definiert und ist die objektive Beeinträchtigung des Gedächtnisses ohne weitere kognitive Einbußen. Die Leistungsfähigkeit des Gedächtnisses/Gedächtnissubsystems muss dabei mindestens 1,5 Standardabweichungen schlechter sein, als die einer alters- und ausbildungsgleichen Population. Etwa 16-34 % aller 65 jährigen leiden unter dieser Form der kognitiven Beeinträchtigung. Schätzungen ergeben, dass 70 % der demenziellen Erkrankungen innerhalb von 2-3 Jahren aus einer MCI hervorgehen. Veränderungen des EEGs bei Patienten mit der Alzheimer'schen Demenz (AD) und MCI-Patienten wurden in den letzten Jahren untersucht, insbesondere Untersuchungen der EEG-Spontanaktivität, da diese vor allem bei den AD-Patienten leichter zu realisieren sind. Auffällig ist ein allgemein „langsamer“ werdendes EEG bei den Demenz-Patienten. Vor allem im okzipitalen Bereich ist ein Verlust des Alpha-Blocks beim Öffnen der Augen zu registrieren. In einem sehr frühen Stadium der AD ist meist noch kein verändertes EEG zu verzeichnen, ebenso bei MCI-Patienten. Eine beobachtbare Veränderung der EEG-Oszillationen könnte aber für eine frühe Diagnose der Krankheit und somit auch für eine frühe Behandlungsmöglichkeit von Bedeutung sein. Das Elektroenzephalogramm misst elektrische Potentiale, die im Gehirn durch „Neuronenaktivität“ verursacht werden und hat eine besonders gute zeitliche Auflösung (in ms Bereich) dafür aber eine schlechte räumliche. Die schlechte räumliche Auflösung ist dadurch zu begründen, dass man beim EEG „nur“ Oberflächenpotentialänderungen registrieren kann und dadurch nicht die Quelle der Potentiale lokalisieren kann. Die hohe zeitliche Auflösung des EEGs ermöglicht es aber die neuronale Aktivität während und auch nach der Kodierung sensorischer Informationen (z.B. visuelle Stimulation, wie in dieser Arbeit) zu beobachten. In vorliegender Arbeit wurde untersucht, ob gesunde, ältere Menschen im Vergleich zu Patienten mit leichter Gedächtnisstörung, beim Bewältigen einer Gedächtnisaufgabe, unterschiedliche Hirn-Aktivitäten aufweisen und inwieweit ein Gedächtnistraining von vier Wochen die Gedächtnisleistung der Probanden/Patienten aber auch das EEG-Aktivitätsmuster verändern kann; ob das Gedächtnis also auch im Alter oder sogar bei Dysfunktionen durch Training verbessert werden kann. Dabei galt gerade dem frontalen Bereich besonderes Interesse, da diesem Bereich für das Gedächtnissystem eine besondere Relevanz zugeschrieben wird. Eine delayed matching to sample Aufgabe wurde für visuelle Stimulation, Testung des Arbeitsgedächtnisses und für das kognitive Training durchgeführt. Die neuropsychologischen Daten wurden hierfür mit den EEG-Daten korreliert.
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Neutrino emissivity from spin-one color superconductors
(2005)
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Andreas Schmitt
Igor A. Shovkovy
Qun Wang
- We compute neutrino emissivities, specific heat, and the resulting cooling rates in four spin-one color superconductors: color-spin locked, planar, polar, and A phases. In particular, the role of anisotropies and point nodes in the quasiparticle excitation spectra are investigated. Furthermore, it is shown that the A phase exhibits a helicity order, giving rise to a reflection asymmetry in the neutrino emissivity.
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Search for solar axions: CAST
(2005)
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Biljana Lakić
u.a false
- The CERN Axion Solar Telescope (CAST) is searching for axions produced in the Sun's core by the Primakoff process. CAST is using a decommissioned Large Hadron Collider (LHC) test magnet where axions could be converted back into X-rays with energies up to 10 keV. Analysis of the 2003 data showed no signal above background implying an upper limit for the axion-photon coupling constant gagg < 1.16 X 10 ^-10 GeV exp -1 at 95% C.L. for ma . 0.02 eV [1]. The higher quality 2004 data is presently under analysis. CAST Phase II is scheduled to start in late 2005. This will be the first step in extending CAST's sensitivity to axion rest masses up to ~ 1 eV.
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Das Dirac-Feld im elektromagnetischen Potential eines geladenen Strings
(2005)
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Luis Anaguano
- Die Theorie der Quantenelektrodynamik (QED) starker Felder sagt vorher, dass sich unter dem Einfluss sehr starker elektromagnetischer Felder der Vakuumzustand verändert. Überschreitet das äußere (im einfachsten Fall elektrostatische) Feld eine gewisse kritische Stärke, dann kommt es zur spontanen Erzeugung von Elektron-Positron-Paaren und im Gefolge zur Ausbildung eines geladenen Vakuums. Charakteristisch dafür sind gebundene Elektronenzustände mit einer Bindungsenergie von mehr als der doppelten Ruhenergie. Dieser Effekt wurde bisher meist für sphärisch symmetrische Systeme untersucht, insbesondere für das Coulombpotential eines schweren Kerns. In der vorliegenden Arbeit wird erkundet, wie sich das überkritische Phänomen beim Übergang von sphärischer zu zylindrischer Geometrie verhält. Dazu werden die Lösungen der Dirac-Gleichung für Elektronen im elektrostatischen Potential eines langen dünnen geladenen Zylinders ("geladener String") berechnen und darauf aufbauend das überkritische Phänomen untersucht. Da das logarithmische Potential eines unendlich langen Strings unbegrenzt anwächst, sollten alle Elektronzustände überkritisch sein (Möglichkeit des Tunnelns durch den Teilchen-Antiteilchen-Gap). Die Zentralladung sollte sich dann mit einer entgegengesetzt geladenen Hülle aus Vakuumelektronen umgeben und damit neutralisieren. Um diese Phänomene quantitativ zu beschreiben untersuchen wir die Lösungen der Poisson-Gleichung und der der Dirac-Gleichung in Zylindersymmetrie. Zunächst wird eine Reihenentwicklung für das elektrostatische Potential in der Mittelebene eines homogen geladenen Zylinders von endlicher Länge und endlichem Radius hergeleitet. Anschließend benutzen wir den Tetraden- (Vierbein-) Formalismus zur Separation der Dirac-Gleichung in Zylinderkoordinaten. Die resultierende entkoppelte radiale Dirac-Gleichung wird in eine Schrödinger-artige Form transformiert. Die gebundenen Zustände werden mit der Methode der uniformen Approximation, einer Variante der WKB-Näherung, berechnet und ihre Abhängigkeit von den Parametern Stringlänge, Stringradius und Potentialstärke wird studiert. Die Näherungsmethode wird auch benutzt, um den überkritischen Fall zu untersuchen, bei dem sich die gebundenen Zustände in Resonanzen im Antiteilchen-Kontinuum verwandeln. Der zugehörige Tunnelprozess wird studiert und die Resonanz-Lebensdauer abgeschätzt. Schließlich wird das Problem der Vakuumladung und Selbstabschirmung angegangen. Die Vakuumladung wird durch Aufsummation der Ladungsdichten aller überkritischen (quasi-)gebundenen Zustände berechnet. Die Vakuumladung tritt als Quellterm in der Poisson-Gleichung für das elektrostatische Potential auf, welches wiederum die Wellenfunktionen bestimmt. Auf die volle selbstkonsistente Lösung dieses Problems wird verzichtet. Wir zeigen jedoch dass die Vakuumladung wie erwartet gross genug ist, um eine Totalabschirmung des geladenen Strings zu bewirken.
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The phase diagram of neutral quark matter : self-consistent treatment of quark masses
(2005)
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Stefan Bernhard Rüster
Verena Werth
Michael Buballa
Igor A. Shovkovy
Dirk-Hermann Rischke
- We study the phase diagram of dense, locally neutral three-flavor quark matter within the framework of the Nambu--Jona-Lasinio model. In the analysis, dynamically generated quark masses are taken into account self-consistently. The phase diagram in the plane of temperature and quark chemical potential is presented. The results for two qualitatively different regimes, intermediate and strong diquark coupling strength, are presented. It is shown that the role of gapless phases diminishes with increasing diquark coupling strength.
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Azimuthal angular distributions of K+ and K- mesons from Au+Au collisions at a kinetic beam energy of 1.5 AGeV
(2005)
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Mateusz Andrzej Ploskon
- The Kaon-Spectrometer (KaoS) at the heavy-ion synchrotron (SIS) at the Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt has been used to study production and propagation of K+ and K- mesons from Au+Au collisions at a kinetic beam energy of 1.5 AGeV. This energy for K+ mesons is close to the corresponding production threshold in binary nucleon-nucleon collisions and far below for K- mesons. The azimuthal angular distributions of particles as a function of the collision centrality and particle transverse momenta have been measured. The properties of strange mesons are expected to be modified by the in-medium meson-baryon potential. Theoretical calculations show that the superposition of the scalar and vector potentials leads to a small repulsive K+N and a strong attractive K-N potential. Additionally, the interaction of kaons and antikaons with nuclear matter is different. The strangeness conservation law inhibits the absorption probability of K+ mesons as they contain an s-quark. K- mesons, however, interact with nucleons via strangenessexchange (K- + N ->Y + pion, where Y = lambda, sigma). Moreover, the reverse process (pion + Y -> K- + N) is the dominant production mechanism of K- mesons at SIS energies. The azimuthal angular emission patterns of kaons are expected to be sensitive to the in-medium potentials. An enhanced out-of-plane emission of K+ mesons was observed in Au+Au reactions at 1.0 AGeV and 1.5 AGeV, and also in Ni+Ni at 1.93 AGeV. The out-of-plane emission of K+ mesons in Au+Au reactions at 1.0 AGeV was interpreted as a consequence of a repulsive K+N potential in the nuclear medium, however, recent transport calculations show that the emission patterns obtained in Au+Au at 1.5 AGeV and Ni+Ni at 1.93 AGeV are additionally influenced by the re-scattering of kaons. For K- mesons the calculations predict an almost isotropic emission pattern due to the attractive K-N potential which counteracts the absorption of K- mesons in the spectator fragments. In Ni+Ni collisions at 1.93 AGeV the azimuthal distribution of K- mesons has been found to be isotropic. In this case, however, the spectators are rather small and have large relative velocities. In addition, the delay of antikaon emission due to strangenessexchange reaction minimizes the interaction with the spectators. As a consequence the sensitivity of the K- meson emission pattern to the K-N in-medium potential is reduced. In Au+Au collisions we found a dependence of the K- meson azimuthal emission pattern on the transverse momentum. The antikaons registered with pt < 0.5 GeV/c are preferentially emitted in the reaction plane and the particles with pt > 0.5 GeV/c show strong out-of-plane enhancement. The emission patterns of K- can be explained in terms of two competing phenomena: one of them is indeed the influence of the attractive K-N potential, however, the second one originates from the strangeness-exchange process.
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Search for upsilons in heavy-ion collisions with the STAR detector
(2005)
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Thorsten Kollegger
- Die Struktur der uns umgebenden Materie sowie die zwischen ihren Bestandteilen wirkenden Kräfte waren schon immer eine der zentralen wissenschaftlichen Fragestellungen. Nach den gegenwärtigen Erkenntnissen ist die uns umgebende Materie aus einigen wenigen Elementarteilchen aufgebaut; sechs Quarks und sechs Leptonen. Zwischen ihnen wirken vier fundamentale Kräfte; die starke, die schwache, die elektromagnetische und die Gravitationskraft. Dominierende Kraft zwischen Quarks ist auf kleinen Skalen, wie im Inneren von Nukleonen, die starke Kraft. Die sie beschreibende Theorie ist die Quantum Chromo Dynamic (QCD). Eine besondere Eigenschaft der QCD ist die Vorhersage, dass Quarks nur in gebundenen Zuständen auftreten, entweder als Paar (Mesonen) oder als Kombination aus drei Quarks (Baryonen). Tatsächlich wurden bisher keine freien Quarks experimentell gefunden. Dieses Phänomen wird als ?confinement? bezeichnet. Es stellt sich die Frage, ob es möglich ist, einen Materiezustand zu erzeugen in welchem sich die Quarks in einem ausgedehnten Volumen wie freieTeilchen verhalten. Tatsächlich sagen theoretische Berechnungen einen solchen Zustand, das Quark-Gluon-Plasma, für sehr hohe Temperaturen und/oder Dichten voraus. Ultrarelativistische Schwerionenkollisionen sind die einzige derzeit bekannte Möglichkeit, die nötigen Temperaturen und Dichten im Labor zu erreichen. Erschwert wird die Interpretation des hierbei erzeugten Materiezustandes durch die Tatsache, dass im Experiment nur der hadronische Endzustand der Kollision beobachtet werden kann, auf Grund der sehr kurzen Zeitskala jedoch nicht die erzeugte Materie selbst. Trotzdem wurden inzwischen einige Observablen gemessen, die einen Rückschluss auf den Materiezustand in den frühen Phasen der Kollision zulassen. Die kombinierte Information legt die Bildung eines ?deconfinten? Zustandes nahe. Eine dieser Proben ist die Produktion von schweren Quarkonia, d.h. Mesonen, die aus charm-anticharm (bzw. bottom-antibottom) Quarkpaaren bestehen. Wie in Kapitel 2 näher erläutert, kann von ihrer Produktion möglicherweise auf die in der Kollision erreichte Temperatur geschlossen werden. Das bisherige experimentelle Programm konzentrierte sich auf die Messung des J/Ã Mesons, dem 1S Zustandes des charm - anticharm Systems. Wie von der Theorie vorhergesagt, wurde eine Unterdrückung seiner Produktion in Schwerionenkollisionen relativ zur Produktion in Proton-Proton-Kollisionen beobachtet, z.B. vom Experiment NA50 am SPS Beschleuniger des Europäischen Zentrums für Teilchenphysik CERN, wie in Abbildung 2.2 gezeigt.Die Deutung dieser Meßdaten ist jedoch umstritten. Neben einer Interpretation im Rahmen des oben beschriebenen Modells können die Daten sowohl von hadronischen Modellen als auch von statistischen Hadronisierungsmodellen, die eine Bildung des cc Zustandes nicht in den initialen Partonkollisionen, sondern erst beim ?Ubergang zum hadronischen Endzustand annehmen, beschrieben werden. Eine Möglichkeit, einzelne Modelle zu falsifizieren bzw. einige der Modellparameter weiter einzuschränken, besteht in der Messung anderer Quarkonia Zustände als dem J/Ã Meson. Hier wären zum einen die anderen Zustände der cc Familie zu nennen, z.B. das Âc(1P). Dieses ist jedoch durch seine Zerfallskanäle experimentell nur schwer nachzuweisen. Eine andere Möglichkeit bietet die Messung von Bindungszuständen zwischen bottom Quarks. Das bb System hat durch die grössere Massendifferenz zwischen dem ersten Bindungszustand, dem ?(1S), und der für die Erzeugung zweier Hadronen mit jeweils einem bottom und einem leichten Quark, wesentlich mehr Zustände als das cc System. Experimentell sind durch den Zerfallskanal in zwei Leptonen insbesondere die Upsilon gut nachzuweisen.Die Messung von Upsilons in ultrarelativistischen Schwerionenkollisionen ist jedoch experimentell äusserst herausfordernd. Durch die große Masse von circa 10 GeV/c2 ist die Produktionswahrscheinlichkeit sehr klein im Vergleich zu leichteren Teilchen, zum Beispiel dem nur 3.14 GeV/2 schwerem J/Ã. Der im Jahr 2000 in Betrieb genommene Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC, siehe Kapitel 3.1) des Brookhaven National Laboratories (BNL) auf Long Island in der Nähe vonNew York erreicht zum ersten Mal eine ausreichend grosse Schwerpunktsenergie und Luminosit ät, welche eine Upsilon Messung möglich erscheinen lassen. Die Entwicklung des experimentellen Programms zur Messung von Upsilons mit dem STAR Detektor am RHIC und erste Ergebnisse aus der Strahlzeit der Jahre 2003/2004 werden in dieser Arbeit beschrieben. Herzstück des STAR Detektors, der in Kapitel 3.2 näher beschrieben wird, ist eine Time Projection Chamber (TPC) welche die Rekonstruktion geladener Teilchen in einem grossen Phasenraumbereich bei mittlerer Rapidität erlaubt. In den Jahren 2001 bis 2005 wurde das Experiment um elektromagnetische Kalorimeter (BEMC, EEMC) erweitert, mit welchen zusätzlich die Energie von Photonen und Elektronen bestimmt werden kann. Die verschiedenen Detektoren des STAR Detektorsystems können in zwei, durch ihre mögliche Ausleserate definierte, Klassen eingeteilt werden. Ein Teil der Detektoren wird bei jedem RHIC Bunch Crossing ausgelesen, d.h. mit einer Frequenz von 9.3 MHz. Zu dieser Klasse der sogenannten Triggerdetektoren gehören unter anderem das schon erwähnte elektromagnetische Kalorimeter, der Central Trigger Barrel (CTB), die Zero Degree Calorimeter (ZDC) und die Beam-Beam Counter (BBC). Die Time Projection Chamber und einige andere Detektoren, wie z.B. der Silicon Vertex Tracker (SVT), können im Gegensatz dazu nur mit maximal 100 Hz ausgelesen werden.
