TY - THES A1 - Franke, Fabian T1 - Produktion und Zerfall von Neutralinos im Nichtminimalen Supersymmetrischen Standardmodell T1 - Production and Decay of Neutralinos in the Nonminimal Supersymmetric Standard Model N2 - Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist eine umfassende Analyse von Erzeugung und anschließenden Zerfällen von Neutralinos im Nichtminimalen Supersymmetrischen Standardmodell (NMSSM) speziell für den nächsten verfügbaren Elektron-Positron-Speicherring LEP2 am CERN mit einer voraussichtlichen Schwerpunktsenergie von 190 GeV. Das NMSSM ist die einfachste Erweiterung des Minimalen Supersymmetrischen Standardmodells MSSM mit einem Singlett-Superfeld, so dass der Higgs-Sektor insgesamt sieben physikalische Higgs-Teilchen enthält, und zwar drei neutrale skalare, zwei pseudoskalare und zwei geladene. Weiterhin enthält das NMSSM fünf Neutralinos gegenüber vier im MSSM. In dieser Arbeit präsentieren wir die 5 x 5 Neutralinomischungsmatrix, stellen die Eigenwertgleichung auf und analysieren das Massenspektrum und die Parameterabhängigkeit möglicher masseloser Zustände. Für die Untersuchung von Neutralinoproduktion und -zerfall wurden verschiedene Szenarien gewählt, in denen das leichteste Neutralino eine Masse von 10 GeV und eine Singlettkomponente von über 90% besitzt oder in denen das leichteste Neutralino bis zu 50 Gev schwer ist und sich der Singlettanteil auf die beiden leichtesten Neutralinos verteilt. Die Wirkungsquerschnitte für die Neutralinoproduktion wurden in den gewählten Szenarien für Schwerpunktsenergien von 100 GeV bis 600 GeV berechnet, also bis zu einem Bereich, den ein geplanter Elektron-Positron-Linearbeschleuniger erreichen kann. Typische Wirkungsquerschnitte für die direkte Produktion vorwiegend singlettartiger Neutralinos liegen im Bereich von 100 fb. Selbst wenn das leichteste Neutralino sehr leicht ist, kann das nächste bereits so schwer sein, dass bei LEP2 nur die nicht nachtweisbare Paarproduktion des leichtesten supersymmetrischen Teilchens möglich ist. Somit ist bei LEP2 keine Erhöhung der unteren Neutralinomassengrenzen im NMSSM zu erwarten, falls kein Neutralino gefunden wird. In Szenarien mit leichten singlettartigen Neutralinos können sehr oft auch sehr leichte Higgs-Bosonen mit Massen unterhalb der im MSSM vorhandenen Grenzen existieren. Somit kann in allen unseren Szenarien der Neutralinozerfall in ein skalares oder pseudoskalares Higgs-Boson möglich sein und dann Verweigungsverhältnisse bis zu fast 100% erreichen. Wir berechnen in dieser Arbeit für die bei LEP2 produzierbaren Neutralinos die Verwzeigungsverhältnisse für die Zweikörperzerfälle in Higgs-Bosonen, die Dreikörperzerfälle in zwei Fermionen und den Schleifenzerfall in ein Photon. In allen Fällen befindet sich im Endzustand außerdem das unsichtbare leichteste Neutralino, dass sich experimentell als fehlende Energie niederschlägt. Zur Bestimmung der Signaturen betrachten wir außerdem die anschließenden Zerfallsmodi der leichten Higgs-Bosonen. Der Nachweis von leichten singlettartigen Neutralinos im NMSSM kann einerseits unmöglich sein, wenn entweder die schweren Neutralinos bei der verfügbaren Schwerpunktsenergie nicht produziert werden können oder über Higgs-Bosonen vollkommen in das LSP zerfallen, andererseits aber auch durch klare Signaturen mit einem Photon oder mit Jets im Endzustand erleichtert werden. Bei LEP2 sollten also durchaus Chancen bestehen, auch im Rahmen des NMSSM ein Neutralino zu entdecken. Zumindest werden sich weitere Einschränkungen des Parameterraums ergeben. Der Dissertation ist ein Anhang beigefügt, der eine vollständige Liste aller Feynman-Regeln des NMSSM enthält, die sich von denjenigen des MSSM unterscheiden. N2 - The aim of our study is a comprehensive analysis of the production and the subsequent decays of neutralinos in the Nonminimal Supersymmetric Standard Model (NMSSM) especially for a center-of-mass energy of 190 Gev expected at the electon-positron storage ring LEP2 at CERN. The NMSSM is the simplest extension of the Minimal Supersymmetric Standard Modell (MSSM) by a singlet superfield. The Higgs sector contains seven physical Higgs particles, three scalars, two pseudoscalar and two charged Higgs bosons. The neutralino sector consists of five neutralinos instead of four in the MSSM. We present the 5 x 5 neutralino mixing matrix, compute the eigenvalue equation and analyse the mass spectrum and the parameter dependence of massless neutralino states. For the study of neutralino production and decay we choose scenarios where the lightest neutralino has a mass of 10 GeV and a singlet component of more than 90%, or where the lightest neutralino has a mass of up to 50 GeV and the lightest two neutralinos contains significant singlet contributions. In these scenarios the cross sections are computed for center-of-mass energies ranging from 100 GeV to 600 GeV of a electron-positron linear collider. Typical cross sections for the direct production of mainly singlet-like neutralinos are around 100 fb. Even if a neutralino is rather light, the next neutralino could already be so heavy that at LEP energies only the invisible pair production of the lightest neutralino is kinematically allowed. Therefore one cannot expect to raise the lower NMSSM neutralino mass bound if no neutralino is found. In scenarios with light singlet-like neutralinos there often exist also light Higgs bosons with masses below the MSSM mass bounds. Therefore in our scenarios the neutralino decay in a scalar or pseudoscalar Higgs can reach decay rates up to 100%. We compute the decay rates for the two-body decays into Higgs bosons, for the three-body decays into two fermions and the loop decay into a photon. All final states contain the invisible lightest neutralino with the experimental signature of missing energy. In order to determine the signatures we also consider the decay modes of the light Higgs bosons. The detection of light singlet-like neutralino could be impossible if the heavier neutralinos can not be produced at the collider or if they decay via Higgs bosons into the LSP. But it could also faciliated by clear signatures with a photon or jets in the final states. LEP2 offers some chances to detect a NMSSM neutralino, at least further restrictions of the NMSSM parameter space can be expected. The dissertation contains an appendix with a complete list of all Feyman rules of the NMSSM that are different from their MSSMM counterparts. KW - Supersymmetrie KW - Neutralino KW - Produktion KW - Zerfall KW - LEP KW - Nichtminimales Suerpsymmetrisches Standardmodell KW - Neutralino KW - Produktion KW - Zerfall KW - LEP2 KW - Nonminimal Supersymmetric Standard Model KW - Neutralino KW - Production KW - Decay KW - LEP2 Y1 - 1995 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-25666 ER - TY - THES A1 - Völker, Roland T1 - Staubzerstörung durch interstellare Stoßfronten T1 - Dust destruction in interstellar shocks N2 - Ein Teil der interstellaren Materie (ISM) liegt in Form von winzigen Festkörpern vor, die mit dem interstellaren Gas vermischt sind. Diese Teilchen werden als interstellarer Staub bezeichnet. Obwohl der Staubanteil an der Gesamtmasse der ISM nur etwa 1% beträgt, kann sein Einfluß auf das interstellare Strahlungsfeld und die Dynamik des Gases nicht vernachlässigt werden. So ist er die Hauptursache für Extinktion, Streuung und Polarisation von Licht. Außerdem stellt der Staub ein wichtiges Kühlmittel für das interstellare Medium dar und beeinflußt die chemischen Prozesse innerhalb der ISM. Staubpartikel unterliegen Wachstums- und Zerstörungsprozessen. So können sie Moleküle aus der Umgebung an ihrer Oberfläche anlagern (Akkretion) oder sich mit anderen Partikeln zu größeren Staubteilchen verbinden (Koagulation). Durch die Wechselwirkung mit Ionen kann Oberflächenmaterial abgetragen werden (Sputtering) und das Kollidieren von Staubpartikeln führt zu deren Zerschlagung in kleinere Teilchen oder (Shattering) deren Vaporisation. Außerdem sind Staubpartikel an das Gas gekoppelt und werden von diesem mitgerissen. Der Schwerpunkt der Vorliegenden Arbeit war die Untersuchung der dynamischen Prozesse, denen Staubpartikel bei der Durchquerung von interstellaren Stoßfronten unterworfen sind. In diesem Zusammenhang spielen vorallem die destruktiven Prozesse und die Kopplung an das Gas eine wichtige Rolle. Es wurden Gleichungen eingeführt, die die Änderung einer Staubverteilung durch diese Vorgänge beschreiben. Im Gegensatz zu bisherigen Modellen werden die Staubteilchen darin nicht allein durch ihre Masse, sondern auch durch ihre Geschwindigkeit charakterisiert. Auf diese Weise kann die Impulserhaltung bei einer Partikelkollision gewährleistet werden und es ist beispielsweise möglich auch Stöße gleich schwerer Partikel zu beschreiben. Die Gleichungen der Staub- und Hydrodynamik wurden für den Fall von stationären, eindimensionalen Stoßwellen numerisch gelöst, wobei die Wechselwirkungen zwischen Gas und Staub berücksichtigt wurden. Mit Hilfe des Modells wurden die Wirkung verschieden starker Stoßwellen auf eine Staubverteilung untersucht. Dabei wurden verschiedene Staubmaterialien zugrunde gelegt. N2 - A part of the interstellar matter (ISM) has the shape of tiny solids which are mixed with the interstellar gas. These particles are called interstellar dust. Although the dust's share of the ISM's total volume only amounts to 1%, its influence on the interstellar radiation field and the gas dynamics can't be neglected. Thus it's the chief cause of the extinction, the scattering and the polarisation of light. Furthermore the dust proves to be an important cooling agent for the interstellar medium and it influences the chemical processes within the ISM. Dust particles are subjected to processes of growth and destruction. That's why they are able to attach molecules from the environment to their surface (accretion) or to connect with other particles to form bigger dust grains (coagulation).The dust particles' surface can be carried off by interaction with ions (sputtering) and the collision of dust grains causes their breakup into smaller fragments (shattering) or their vaporization. In addition, the dust particles are linked to the gas and are carried away by it. This representation's main focus has been placed on the analysis of those dynamic processes dust particles are subjected to while crossing interstellar shock fronts. The destructive processes and the particles' linking to the gas are particularly important in this context, because they modify the dust distribution. Equations describing these modifications have been set up and a new model has been developed. But in contrast to all previous models this one characterizes the dust particles not only by their mass but also by their velocity. That way the conservation of momentum during a collision of particles can be guaranteed and moreover it's possible to describe shocks of particles having the same weight. The equations describing dust- and hydrodynamics have been solved numerically in the case of stationary one-dimensional shocks. In doing so, the interactions between gas and dust have been taken into account. The effects shocks of varying forces have on dust distribution have been examined with the help of this model. Different dust materials formed the study's base. KW - Interstellarer Staub KW - Stoßwelle KW - Dynamik KW - Numerisches Verfahren KW - Staubpartikel KW - Zerstörung KW - Stoßfronten KW - Sputtering KW - Shattering KW - grains KW - destruction KW - shocks KW - sputtering KW - shattering Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-7707 ER - TY - THES A1 - Jacobs, Arne T1 - Andreev-Streuung, Josephson-Bloch-Oszillationen und Zener-Tunneln in Heterokontakten aus Normal- und Supraleitern T1 - Andreev scattering, Josephson-Bloch oscillations, and Zener tunneling in heterojunctions of normal conductors and superconductors N2 - Die vorliegende Arbeit beleuchtet verschiedene Aspekte des Ladungstransports in Heterokontakten aus Normal- (N) und Supraleitern (S) im Rahmen des Bogoliubov-de Gennes-Formalismus. Dabei ist der bestimmende Prozeß die Andreev-Streuung: die Streuung von Elektronen in Löcher, bzw. umgekehrt, an räumlichen Variationen des supraleitenden Paarpotentials unter Erzeugung, bzw. Vernichtung, eines Cooperpaares und damit der Induktion eines Suprastroms. Befindet sich ein Supraleiter zwischen zwei normalleitenden Bereichen, so wandelt sich der an der einen NS-Phasengrenze durch Andreev-Streuung induzierte Suprastrom an der anderen NS-Phasengrenze wieder in einen durch Quasiteilchen getragenen Strom um. Diese Umwandlung erfolgt durch den Einfall eines Quasiteilchens, dessen Charakter dem des auf der gegenüberliegenden Seite des Supraleiters einfallenden Quasiteilchens entgegengerichtet ist, wie anhand von Wellenpaket-Rechnungen explizit gezeigt wird. Ersetzt man den Supraleiter durch einen mesoskopischen SNS-Kontakt, ist die Vielteilchen-Konfiguration in der mittleren N-Schicht phasenkohärent und daher verschieden von den unkorrelierten Quasiteilchen-Anregungen, die die verschobene Fermi-Kugel in den normalleitenden Zuleitungen bilden. Die Josephson-Ströme, die durch die Quasiteilchen in der mittleren N-Schicht getragen werden, werden unter zwei verschiedenen Modellannahmen berechnet: Im einen Fall werden nur Streuzustände als Startzustände betrachtet, im anderen, bei gleichzeitiger Berücksichtigung eines normalstreuenden Potentials, nur gebundene Zustände. Der SNS-Kontakt wird durch eine supraleitend/halbleitende Heterostruktur modelliert, deren Parameter-Werte sich an den Experimenten der Gruppe von Herbert Kroemer in Santa Barbara orientieren. Wenn die supraleitenden Bereiche ohne normalleitende Zuleitungen direkt mit einem Reservoir von Cooperpaaren verbunden sind, fallen nur Quasiteilchen in Streuzuständen aus den supraleitenden Bänken auf die NS-Phasengrenzen des Kontaktes ein. Mit den Normalleiter-Wellenfunktionen, die sich bei Anlegen einer Spannung V aus diesen Startzuständen entwickeln, wird die Josephson-Wechselstromdichte in der Mitte der N-Schicht bei der Temperatur T = 2,2 K berechnet. Die Stromdichte weist spannungsabhängige Oszillationen in der Zeit auf, deren Periode das Inverse der Josephson-Frequenz ist. Alle Stromdichten zeigen bei kleinen Spannungen einen steilen Anstieg ihres Betrages, der durch Quasiteilchen zustandekommt, die durch das elektrische Feld aus dem Kondensat kommend in den Paarpotentialtopf hineingezogen werden und dort bei kleinen Spannungen eine große Zahl von Andreev-Streuungen erfahren, wobei sie bei jedem Elektron-Loch-Zyklus die Ladung 2e durch die N-Schicht transportieren. Im zweiten betrachteten Fall wird unter Berücksichtigung von Normalstreuung der Gesamtzustand des Systems zu jedem Zeitpunkt durch eine Superposition von gebundenen Zuständen ausgedrückt. Die Energie dieser gebundenen Zustände ist abhängig von der Phasendifferenz Phi zwischen den supraleitenden Schichten. Für Werte der Phasendifferenz von ganzzahligen Vielfachen von Pi sind Zustände entgegengerichteter Impulse paarweise entartet. Das normalstreuende Potential mischt diese Zustände, hebt ihre Entartung auf und führt zu Energielücken: Es bilden sich Energiebänder im Phi-Raum, die formal den Bloch-Bändern von Kristallen im Wellenzahlraum entsprechen. Wird eine äußere Spannung angelegt, so ändert sich die Phasendifferenz gemäß der Josephson-Gleichung mit der Zeit und die Quasiteilchen oszillieren in ihren jeweiligen Phi-Bloch-Bändern: Diese Josephson-Bloch-Oszillationen ergeben den "normalen" Josephson-Wechselstrom, der zwischen positiven und negativen Werten schwingt und im zeitlichen Mittel Null ist. Zusätzlich können die Quasiteilchen durch Zener-Tunneln --- wie der analoge Prozeß in der Halbleiterphysik genannt wird --- in höhere Bänder übergehen. Während sich die Richtung der Josephson-Stromdichte zu den Zeiten minimaler Energielücke umkehrt, hat die Zener-Tunnel-Stromdichte nach einem Tunnel-Prozeß das gleiche Vorzeichen, das die Josephson-Stromdichte vor dem Tunnel-Prozeß hatte. Wenn die angelegte Spannung hinreichend groß ist und genügend Quasiteilchen in das höhere Band tunneln, überkompensiert die Zener-Tunnel-Stromdichte in der Halbperiode nach dem Tunnel-Prozeß die Josephson-Stromdichte, und die Gesamtstromdichte schwingt wieder in dieselbe Richtung wie vor dem Zener-Tunneln. Somit hat sich gewissermaßen die Periode halbiert: Die Gesamtstromdichte schwingt mit der doppelten Josephson-Frequenz. Allen untersuchten Aspekten des Ladungstransports durch Heterokontakte aus Normal- und Supraleitern ist eines gemein: Der für ihr Verständnis fundamentale Prozeß ist die Andreev-Streuung. N2 - The present work covers various aspects of charge transport in heterojunctions consisting of normal conductors (N) and superconductors (S) within the framework of the Bogoliubov-de Gennes-Formalism. The determining process is Andreev scattering: the scattering of electrons into holes, or vice versa, by spatial variations of the superconducting pair potential. This scattering creates or destroys Cooper pairs, thereby inducing a supercurrent. If there is a superconductor between two normal conducting regions, the supercurrent induced by Andreev scattering in one NS interface changes into a quasiparticle current in the other NS interface. This conversion results from the incidence of a quasiparticle having a character opposite to that of the quasiparticle impinging on the opposite side of the superconductor, as is shown explicitly on the basis of wave packet calculations. If the superconductor is replaced by a mesoscopic SNS junction, the many-body configuration in the central N layer is a phase-coherent one and thus different from the uncorrelated quasiparticle excitations forming the shifted Fermi sphere in the normal current leads. The Josephson currents, that are carried by the quasiparticles in the central N layer, are calculated using two different model assumptions: In one case, only scattering states are regarded as initial states, in the other case, while simultaneously taking into account a normal scattering potential, only bound states. The SNS junction is modelled by a superconducting/semiconducting heterostructure, the parameter values of which are geared to the experiments of the group of Herbert Kroemer in Santa Barbara. If the superconducting region is directly connected to a reservoir of Cooper pairs without normal current leads, only quasiparticles in scattering states are incident from the superconducting banks onto the NS interfaces of the junction. The alternating Josephson current is calculated in the center of the N layer at temperature T = 2.2 K, using the N layer wavefunctions that evolve from the initial states when a voltage V is switched on. The current density shows voltage-dependent current oscillations in time, their period is the inverse of the Josephson frequency. All current densities show a steep increase of their magnitude with small voltages, brought about by quasiparticles originating from the condensate and being pulled by the electric field into the pair potential well, where they suffer a great number of Andreev reflections at small voltages while carrying a charge of 2e through the N layer with every electron-hole-cycle. In the second case the overall state of the system, taking into account normal scattering, is expressed at every instant of time as a superposition of bound states. The energy of these bound states depends on the phase difference Phi between the superconducting layers. For phase differences of integer multiples of Pi, states with opposite direction of momentum are pairwise degenerate. The normal scattering potential mixes these states, removes their degenaracy and leads to energy gaps: energy bands form in Phi-space, formally corresponding to the Bloch bands of crystals in wavenumber space. If an external voltage is switched on, the phase difference changes in time according to the Josephson equation, and the quasiparticles oscillate in their respective Phi-Bloch bands: These Josephson-Bloch oscillations yield the "normal" alternating Josephson current which swings between positive and negative values and equals zero in its time average. Additionally, quasiparticles can make transitions into higher bands via Zener tunneling --- as the analogous process in semiconductor physics is called. While the direction of the Josephson current density changes at the times when the energy gap is minimal, the Zener-tunneling current density possesses the same sign after a tunneling process as the Josephson current density had before the tunneling process. When the applied voltage is so high that many quasiparticles tunnel into the next higher band, and the Zener-tunneling current density overcompensates the Josephson current density in the half-period after the tunneling process, the overall current density swings back again into the same direction as before the Zener tunneling. Thus the period has effectively bisected: The overall current density oscillates with twice the Josephson frequency. All analysed aspects of charge transport through heterojunctions of normal conductors and superconductors have one thing in common: the fundamental process for their understanding is Andreev scattering. KW - Supraleiter KW - Elektrischer Leiter KW - Elektrischer Kontakt KW - Ladungstransport KW - Andreev-Streuung KW - Josephson-Effekte KW - Ladungstransport KW - SNS-Kontakte KW - Zener-Tunneln KW - Andreev scattering KW - Josephson effects KW - charge transport KW - SNS junctions KW - Zener tunneling Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-9237 ER - TY - THES A1 - Kneiske, Tanja T1 - Wechselwirkung von Gammastrahlung mit dem metagalaktischen Strahlungsfeld T1 - Interactions of gamma radiation with the metagalactic radiationfield N2 - Im Rahmen dieser Arbeit wurden Effekte der Paarbildung durch Wechselwirkung von hochenergetischer Gammastrahlung mit dem metagalaktischen FIR-UV Strahlungsfeld (MRF) untersucht. Einerseits hat die Paarbildung Folgen f"ur die beobachteten Spektren aktiver Galaxienkerne, andererseits hat sie auch einen gro"sen Einflu"s auf den extragalaktischen Gammastrahlungshintergrund. Es wurde ein verbesserte Version f"ur das Modell des FIR-UV Strahlungsfelds vorgestellt, mit dessen Hilfe aus beobachteten Daten intrinsische Blazarspektren ermittelt wurden. Im weiteren wurde ein auf EGRET-Blazaren basierendes Modell f"ur den Gammastrahlungshintergrund berechnet, in dem besonderer Wert auf die korrekte Beschreibung der Absorption prim"arer und der daraus resultierenden sekund"aren Gammastrahlung gelegt wurde. Schlie"slich wurde gezeigt, da"s der Beitrag von BL Lac Objekten zum Gammahintergrund nicht nur der fehlende Flu"s, sondern auch die spektrale Form der aus EGRET Beobachtungen gewonnenen Daten erkl"art werden kann, ohne den gegenw"artigen TeV-Daten zu widersprechen. N2 - In this work we investigate the cosmological gamma-ray attenuation due to pair production in photon-photon scattering. Pair production has an effect on observed spectra of active galactic nuclei (AGN) and the extragalactic gamma-ray background. Using an updated model of the time-dependent metagalactic radiation field (MRF), intrinsic blazar spectra have been calculated from observed gamma-ray data. In the next step, a model based on EGRET-blazars has been calculated including the effect of gamm> T_c in verschiedenen Experimenten beobachtet. Als Ausgangspunkt der vorliegenden Arbeit diente nun ein BCS-artiger Hamiltonoperator mit fester Paarungsamplitude, bei dem jedoch die Phase der lokalen Paare frei fluktuieren konnte. Alle Rechnungen wurden durchgeführt, indem mittels einer Monte Carlo Simulation des klassischen XY-Modells verschiedene Phasenkonfigurationen erzeugt wurden und für jede dieser Phasenkonfigurationen der BCS-artige Hamiltonoperator exakt diagonalisiert wurde. Die erste Anwendung dieses phänomenologischen Phasenfluktuationsmodells bestand in der Berechnung von Einteilchen-Tunnelspektren. Hierbei konnte eine ausgezeichnete Übereinstimmung mit den Experimenten, insbesondere was die Temperaturentwicklung der supraleitenden Kohärenzpeaks und das charakteristische auffüllen der Pseudolücke mit ansteigenden Temperaturen betrifft, erzielt werden. Durch einen detaillierten Vergleich zwischen Theorie und Experiment konnte gezeigt werden, auf welche Weise Phasenfluktuationen das Quasiteilchenspektrum beeinflussen. Insbesondere das Verschwinden der BCS-Bogoliubov Quasiteilchenbänder oberhalb von T_c und die Veränderung der Energielücke, von einer V-artigen supraleitenden Lücke hin zu einer mehr U-artigen Pseudolücke oberhalb von T_c, konnte in konsistenter Weise durch Phasenfluktuationen des supraleitenden Ordnungsparameters erklärt werden. Darüberhinaus war das Phasenfluktuationsmodell in der Lage zu erklären, warum die Pseudolücke von den Knotenpunkten an der Fermifläche her anfängt sich zu schließen, wohingegen sie an den Anti-Knotenpunkten eher aufgefüllt wird. Auch konnte die charakteristische Temperaturentwicklung des so genannten "supraleitenden" (pi,0)-Photoemissionspeaks sehr gut durch Phasenfluktuationen beschrieben werden. Als nächstes wurden Experimente zur Verletzung der optischen Niederfrequenz-Summenregel in unterdotierten Bi2212-Verbindungen untersucht, welche auf eine Reduktion der kinetischen Energie im supraleitenden Zustand hindeuten. Es konnte gezeigt werden, dass diese Reduktion mit der Rolle von Phasenfluktuationen beim supraleitenden Übergang in Verbindung gebracht werden kann. Die Reduktion der kinetischen Energie erfolgt durch das Entstehen scharfer Quasiteilchenpeaks bei T_c. Dort beginnt die Korrelationslänge der fluktuierenden Phasen zu divergieren, und es stellt sich eine quasi-langreichweitige Ordnung ein. Eine detailliert Analyse der Frequenz und Temperaturabhängigkeit der optischen Leitfähigkeit ergab eine supraleitende Skalierung des Imaginärteils der optischen Leitfähigkeit schon oberhalb von T_c, genau wie in Mikrowellen-Hochfrequenzleitfähigkeitsexperimenten beobachtet. Das experimentell beobachtete Maximum im Realteil der optischen Leitfähigkeit bei T_c konnte unser phänomenologisches Phasenfluktuationsmodell jedoch nur durch den Einbau einer zusätzlichen marginalen Fermiflüssigkeits-Streurate in die Formel für die optische Leitfähigkeit beschreiben. Als letztes wurde die homogene statische diamagnetische Suszeptibilität berechnet. Es stellte sich heraus, dass Vorläufereffekte des idealen diamagnetischen Zustands oberhalb von T_c in der statischen diamagnetische Suszeptibilität äußerst gering sind und sich auf Temperaturen in der Nähe von T_c beschränken. Stattdessen wird die Temperaturabhängigkeit der statischen homogenen magnetischen Suszeptibilität von der Pauli-Spinsuszeptibilität bestimmt. Diese zeigt für das Phasenfluktuationsmodell einen charakteristischen Verlauf, der erstaunlich gut mit der Temperaturabhängigkeit des Magnetresonanz Knight-shift in unterdotierten Bi2212-Verbindungen übereinstimmt. KW - Hochtemperatursupraleiter KW - Cuprate KW - Cooper-Paar KW - Schwingungsphase KW - Fluktuation KW - Hochtemperatursupraleitung KW - unterdotierte Kuprate KW - stark korrelierte Elektronensysteme KW - Phasenfluktuationen KW - BCS-Theorie KW - high-temperature superconductivity KW - underdoped cuprates KW - strongly correlated electron systems KW - phase-fluctuations KW - BCS-theory Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-12115 ER - TY - THES A1 - Deppisch, Frank T1 - Towards a reconstruction of the SUSY seesaw model T1 - Zur Rekonstruktion des SUSY Seesaw Modells N2 - In this work, we studied in great detail how the unknown parameters of the SUSY seesaw model can be determined from measurements of observables at or below collider energies, namely rare flavor violating decays of leptons, slepton pair production processes at linear colliders and slepton mass differences. This is a challenging task as there is an intricate dependence of the observables on the unknown seesaw, light neutrino and mSUGRA parameters. In order to separate these different influences, we first considered two classes of seesaw models, namely quasi-degenerate and strongly hierarchical right-handed neutrinos. As a generalisation, we presented a method that can be used to reconstruct the high energy seesaw parameters, among them the heavy right-handed neutrino masses, from low energy observables alone. N2 - In dieser Arbeit wurde detailliert untersucht wie die unbekannten Parameter des supersymmetrischen Seesaw-Modells durchMessung von niederenergetischen Observablen (Lepton-Flavor verletzende seltene Zerfälle der Leptonen, Slepton-Paar-Produktion an Elektron-Positron Linearbeschleunigern und Sleptonmassen-Differenzen) bestimmt werden können. Wegen des komplizierten Zusammenhangs zwischen diesen Messgrößen und den Seesaw-, Neutrino-, und SUSY-Parametern stellt dies eine große Herausforderung dar. Um die verschiedenen Einflüsse zu trennen, wurden zuerst zwei Klassen von Seesaw-Modellen betrachtet, nämlich solche die durch (quasi-)entartete und stark hierarchische rechtshändige Neutrinomassen charakterisiert sind. Zur Verallgemeinerung wurde zum Abschluss eine allgemeine Methode präsentiert, mittels der die zugrunde liegenden Hochenergie-Parameter des Seesaw-Modells allein durch niederenergetische Observable rekonstruiert werden können. KW - Supersymmetrie KW - Lepton KW - Flavour KW - Symmetriebrechung KW - Supersymmetrie KW - Neutrinos KW - Flavorphysik KW - Beschleunigerphysik KW - Physik jenseits des Standardmodells KW - Supersymmetry KW - Neutrinos KW - Flavor physics KW - Collider physics KW - Physics beyond the Standard Model Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-12757 ER - TY - THES A1 - Kittel, Olaf T1 - CP violation in production and decay of supersymmetric particles T1 - CP Verletzung in Produktion und Zerfall Supersymmetrischer Teilchen N2 - In dieser Dissertation untersuchen wir CP verletzende Effekte von MSSM-Phasen in Produktion und Zwei-Teilchen-Zerfaellen von Neutralinos, Charginos und Sfermionen. Fuer verschiedene supersymmetrische Prozesse definieren und berechnen wir CP-ungerade Asymmetrien, welche auf Spatprodukten basieren. Wir zeigen numerische Ergebnisse fuer Elektron-Positron-Kollisionen an einem zukuenftigen Linearbeschleuniger mit einer Energie von 500 - 800 GeV, hoher Luminositaet und longitudinal polarisierten Strahlen. N2 - In this thesis we analyze CP violating effects of MSSM phases in production and two-body decays of neutralinos, charginos and sfermions. For different supersymmetric processes we define and calculate CP-odd asymmetries, which base on triple products. We present numerical results for electron-positron collisions at a future linear collider with a center of mass energy of 500-800 GeV, high luminosity and longitudinally polarized beams. KW - Supersymmetrisches Teilchen KW - Teilchenerzeugung KW - CP-Parität KW - Elementarteilchen KW - Zerfall KW - Teilchenphysik KW - Supersymmetrie KW - CP Verletzung KW - Particle Physics KW - Supersymmetry KW - CP Violation Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-12767 ER - TY - THES A1 - Redelbach, Andreas T1 - SUSY Seesaw model and phenomenological implications for leptonic processes at low energies and leptogenesis T1 - Supersymmetrisches Seesaw Modell und seine phänomenologischen Auswirkungen für leptonische Niederenergieprozesse und Leptogenese N2 - In this work the supersymmetric seesaw model and its effects on low-energy leptonic observables and thermal leptogenesis have been systematically investigated. Precision measurements will increase the sensitivity on lepton-flavor violating decays, particularly on Br(l_j->l_i gamma) and also on electric and magnetic dipole moments in the near future. In order to improve also the accuracy of theoretical predictions for these processes, we have performed a full one-loop calculation of the underlying supersymmetric processes taking into account the lepton masses. Since the mechanism of soft supersymmetry breaking (SSB) is completely unknown, a novel analysis beyond the often studied minimal Supergravity scenarios has been performed. This way it has been demonstrated that in the considered mSUGRA, AMSB, GMSB and gaugino mediated scenarios, the ongoing search for Br(mu->e gamma) can constrain fundamental SSB parameters and/or the seesaw parameters. On the other hand, the basic parameters of thermal leptogenesis, such as the CP asymmetry in the decays of the lightest right-handed Majorana neutrino, provide probes of the unknown complex orthogonal R-matrix of the seesaw model. N2 - In dieser Arbeit wurde systematisch das supersymmetrische Seesaw Modell und seine Auswirkungen auf leptonische Niederenergieprozesse und thermische Leptogenese untersucht. Präzisionsmessungen werden die Messgenauigkeit in Leptonflavor verletzenden Zerfällen, insbesondere für Br(l_j->l_i gamma), sowie in elektrischen und magnetischen Dipolmomenten in naher Zukunft erhöhen. Um auch die Genauigkeit von theoretischen Vorhersagen für diese Prozesse zu steigern, wurde eine komplette Einschleifenrechnung der zugrundeliegenden supersymmetrischen Prozesse unter Berücksichtigung der Leptonmassen durchgeführt. Da der Mechanismus für "soft Supersymmetry Breaking" (SSB) unbekannt ist, wurde eine neue Studie angestellt, welche über die häufig untersuchten minimalen Supergravity Szenarien hinausgeht. Auf diese Weise konnte gezeigt werden, dass in den untersuchten Szenarien von mSUGRA, AMSB, GMSB und Gaugino Mediation die anhaltende Suche nach Br(mu->e gamma) fundamentale SSB Parameter und / oder die Seesaw Parameter einschränken kann. Auf der anderen Seite ist durch die grundlegenden Parameter von thermischer Leptogenese, wie beispielsweise die CP-Asymmetrie in den Zerfällen des leichtesten rechthändigen Majorana-Neutrinos, die Möglichkeit gegeben, die komplex-orthogonale R-Matrix des Seesaw Modells genauer zu untersuchen. KW - Supersymmetrie KW - Lepton KW - Flavour KW - Symmetriebrechung KW - Leptonflavor-Verletzung KW - Supersymmetrie-Brechung KW - Renormierungsgruppengleichungen KW - Lepton flavor violation KW - supersymmetry breaking KW - renormalization group equations Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-10182 ER - TY - THES A1 - Dahnken, Christopher T1 - Spectral properties of strongly correlated electron systems T1 - Spektral Eigenschaften stark korrelierter Elektronensysteme N2 - We investigate the single particle static and dynamic properties at zero temperature within the Hubbard an three-band-Hubbard model for the superconducting copper oxides. Based on the recently proposed self-energy functional approach (SFA) [M.Potthoff, Eur. Phys. J. B 32 429 (2003)], we present an extension of the cluster-perturbation theory (CPT) to systems with spontaneous broken symmetry. Our method accounts for both short-range correlations and long-range order. Short-range correlations are accurately taken into account via the exact diagonalization of finite clusters. Long-range order is described by variational optimization of a ficticious symmetry-breaking field. In comparison with related cluster methods, our approach is more flexible and, for a given cluster size, less demanding numerically, especially at zero temperature. An application of the method to the antiferromagnetic phase of the Hubbard model at half-filling shows good agreement with results from quantum Monte-Carlo calculations. We demonstrate that the variational extension of the cluster-perturbation theory is crucial to reproduce salient features of the single-particle spectrum of the insulating cuprates. Comparison of the dispersion of the low-energy excitations with recent experimental results of angular resolved photoemission spectroscopy (ARPES) allows us to fix a consistent parameter set for the one-band Hubbard model with an additional hopping parameter t' along the lattice diagonal. The doping dependence of the single-particle excitations is studied within the t-t-U Hubbard model with special emphasis on the electron doped compounds. We show, that the ARPES results on the band structure and the Fermi surface of Nd{2-x}Ce_xCuOCl_{4-\delta} are naturally obtained within the t-t-U Hubbard model without further need for readjustment or fitting of parameters, as proposed in recent theoretical considerations. We present a theory for the photon energy and polarization dependence of ARPES intensities from the CuO2 plane in the framework of strong correlation models. The importance of surface states for the observed experimental facts is considered. We show that for electric field vector in the CuO_2 plane the ‘radiation characteristics’ of the O 2p_{\sigma} and Cu 3d_{x^2-y^2} orbitals are strongly peaked along the CuO_2 plane, i.e. most photoelectrons are emitted at grazing angles. This suggests that surface states play an important role in the observed ARPES spectra, consistent with recent data from Sr_2CuCl_2O_2. We show that a combination of surface state dispersion and Fano resonance between surface state and the continuum of LEED-states may produce a precipitous drop in the observed photoelectron current as a function of in-plane momentum, which may well mimic a Fermi-surface crossing. This effect may explain the simultaneous ‘observation’ of a hole-like and an electron-like Fermi surfaces in Bi_2Sr_2CaCu_2O_{8+\delta} at different photon energies. N2 - Statische und dynamische Eigenschaften des Einband- und Dreiband-Hubbard-Modelles für die supraleitenden Kuprate werden untersucht. Basierend auf dem kürzlich vorgschlagenen "Self-energy Functional Approach" (SFA) [M.Potthoff, Eur. Phys. J. B 32 429 (2003)] wird eine Erweiterung der "Cluster-Perturbation Theory" (CPT) für Systeme mit spontant gebrochener Symmetrie vorgeschlagen, die auf aktuelle Probleme stark korrelierter Elektronensysteme, im besonderen der Hochtemperatur-Supraleiter, angewandt wird. KW - Hochtemperatursupraleiter KW - Elektronenkorrelation KW - Starke Kopplung KW - Hubbard-Modell KW - starke Korrelationen KW - Hochtemperatur-Supraleiter KW - Hubbard-Modell KW - strong corrleations KW - high-temperature Superconductors KW - Hubbard model Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-12238 ER - TY - THES A1 - Volkmann, Thorsten T1 - Lattice gas models and simulations of epitaxial growth T1 - Gittergasmodelle und Simulationen von Epitaktischem Wachstum N2 - In this PhD thesis, we develop models for the numerical simulation of epitaxial crystal growth, as realized, e.g., in molecular beam epitaxy (MBE). The basic idea is to use a discrete lattice gas representation of the crystal structure, and to apply kinetic Monte Carlo (KMC) simulations for the description of the growth dynamics. The main advantage of the KMC approach is the possibility to account for atomistic details and at the same time cover MBE relevant time scales in the simulation. In chapter 1, we describe the principles of MBE, pointing out relevant physical processes and the influence of experimental control parameters. We discuss various methods used in the theoretical description of epitaxial growth. Subsequently, the underlying concepts of the KMC method and the lattice gas approach are presented. Important aspects concerning the design of a lattice gas model are considered, e.g. the solid-on-solid approximation or the choice of an appropriate lattice topology. A key element of any KMC simulation is the selection of allowed events and the evaluation of Arrhenius rates for thermally activated processes. We discuss simplifying schemes that are used to approximate the corresponding energy barriers if detailed knowledge about the barriers is not available. Finally, the efficient implementation of the MC kinetics using a rejection-free algorithm is described. In chapter 2, we present a solid-on-solid lattice gas model which aims at the description of II-VI(001) semiconductor surfaces like CdTe(001). The model accounts for the zincblende structure and the relevant surface reconstructions of Cd- and Te-terminated surfaces. Particles at the surface interact via anisotropic nearest and next nearest neighbor interactions, whereas interactions in the bulk are isotropic. The anisotropic surface interactions reflect known properties of CdTe(001) like the small energy difference between the c(2x2) and (2x1) vacancy structures of Cd-terminated surfaces. A key element of the model is the presence of additional Te atoms in a weakly bound Te* state, which is motivated by experimental observations of Te coverages exceeding one monolayer at low temperatures and high Te fluxes. The true mechanism of binding excess Te to the surface is still unclear. Here, we use a mean-field approach assuming a Te* reservoir with limited occupation. In chapter 3, we perform KMC simulations of atomic layer epitaxy (ALE) of CdTe(001). We study the self-regulation of the ALE growth rate and demonstrate how the interplay of the Te* reservoir occupation with the surface kinetics results in two different regimes: at high temperatures the growth rate is limited to one half layer of CdTe per ALE cycle, whereas at low enough temperatures each cycle adds a complete layer. The temperature where the transition between the two regimes occurs depends mainly on the particle fluxes. The temperature dependence of the growth rate and the flux dependence of the transition temperature are in good qualitative agreement with experimental results. Comparing the macroscopic activation energy for Te* desorption in our model with experimental values we find semiquantitative agreement. In chapter 4, we study the formation of nanostructures with alternating stripes during submonolayer heteroepitaxy of two different adsorbate species on a given substrate. We evaluate the influence of two mechanisms: kinetic segregation due to chemically induced diffusion barriers, and strain relaxation by alternating arrangement of the adsorbate species. KMC simulations of a simple cubic lattice gas with weak inter-species binding energy show that kinetic effects are sufficient to account for stripe formation during growth. The dependence of the stripe width on control parameters is investigated. We find an Arrhenius temperature dependence, in agreement with experimental investigations of phase separation in binary or ternary material systems. Canonical MC simulations show that the observed stripes are not stable under equilibrium conditions: the adsorbate species separate into very large domains. Off-lattice simulations which account for the lattice misfit of the involved particle species show that, under equilibrium conditions, the competition between binding and strain energy results in regular stripe patterns with a well-defined width depending on both misfit and binding energies. In KMC simulations, the stripe-formation and the experimentally reported ramification of adsorbate islands are reproduced. To clarify the origin of the island ramification, we investigate an enhanced lattice gas model whose parameters are fitted to match characteristic off-lattice diffusion barriers. The simulation results show that a satisfactory explanation of experimental observations within the lattice gas framework requires a detailed incorporation of long-range elastic interactions. In the appendix we discuss supplementary topics related to the lattice gas simulations in chapter 4. N2 - Diese Doktorarbeit behandelt die Modellierung und Simulation von epitaktischem Kristallwachstum, wie es in der Molekularstrahlepitaxie (MBE) realisiert ist. Die Kristallstruktur wird dabei durch ein Gittergasmodell dargestellt, während die Wachstumsdynamik mit Hilfe kinetischer Monte Carlo (KMC) Simulationen beschrieben wird. Der Hauptvorteil des KMC-Ansatzes besteht darin, atomistische Details des Wachstums berücksichtigen zu können und gleichzeitig MBE-relevante Zeitskalen in der Simulation zu erreichen. In Kapitel 1 wird das Prinzip der MBE erläutert, wobei wichtige Oberflächenprozesse und der Einfluss experimenteller Kontrollparameter diskutiert werden. Es folgt eine Darstellung wichtiger Methoden zur theoretischen Beschreibung epitaktischen Wachstums. Danach werden der KMC-Ansatz und das Gittergaskonzept erläutert. Für den Entwurf eines Gittergasmodells relevante Aspekte wie die solid-on-solid Näherung oder die Wahl einer geeigneten Gittertopologie werden diskutiert. Ein Hauptbestandteil jeder KMC-Simulation ist die Auswahl erlaubter Ereignisse und die Berechnung der Arrhenius-Raten thermisch aktivierter Prozesse. Hierzu sind Kenntnisse über zugehörige Energiebarrieren notwendig. Wir diskutieren vereinfachende Ansätze zur Näherung der Barrieren. Abschließend wird die Umsetzung der KMC-Methode in einem effizienten Simulationsalgorithmus beschrieben. In Kapitel 2 wird ein Gittergasmodell zur Beschreibung von II-VI(001) Halbleiteroberflächen wie z.B. CdTe(001) vorgestellt. Das Modell berücksichtigt die Zinkblendestruktur sowie relevante Rekonstruktionen Cd- und Te-terminierter Oberflächen. Wir nehmen anisotrope Wechselwirkungen zwischen NN und NNN an der Oberfläche an, während Teilchen im Bulk isotrop wechselwirken. Die anisotropen Wechselwirkungen spiegeln bekannte Eigenschaften von CdTe(001) wie den geringen Energieunterschied zwischen der c(2x2)- und der (2x1)-Leerstellenstruktur der Cd-terminierten Oberfläche wider. Ein Hauptbestandteil des Modells ist die Einbindung von Te-Atomen in einem schwach gebundenen Te*-Zustand. Dessen Existenz wird gestützt durch experimentell beobachtete Te-Bedeckungen von mehr als einer Monolage bei tiefen Temperaturen und hohen Te-Flüssen. Der tatsächliche Bindungsmechanismus der Te*-Atome wurde bisher nicht geklärt. Im Modell wird im Rahmen eines mean-field Ansatzes ein Te*-Reservoir mit begrenzter Kapazität angenommen. In Kapitel 3 wird die Atomlagenepitaxie (ALE) von CdTe(001) simuliert. Wir untersuchen die Selbstregulierung der ALE-Wachstumsrate und zeigen, dass das Zusammenspiel der Te*-Reservoir-Besetzung mit kinetischen Effekten an der Oberfläche zu zwei verschiedenen Wachstumsbereichen führt. Bei hohen Temperaturen ist die Wachstumsrate auf eine halbe Lage CdTe pro ALE-Zyklus beschränkt, während bei tiefen Temperaturen eine volle Lage pro Zyklus deponiert wird. Die Temperatur, bei der der Übergang zwischen beiden Bereichen eintritt, hängt im Wesentlichen nur vom Teilchenfluss ab. Die Temperaturabhängigkeit der ALE-Wachstumsrate sowie die Flussabhängigkeit der Übergangstemperatur stimmen qualitativ gut mit experimentellen Ergebnissen überein. Eine Abschätzung der makroskopischen Aktivierungsenergie für die Desorption schwach gebundener Te*-Atome in unserem Modell ergibt eine semiquantitative Übereinstimmung mit experimentellen Werten. In Kapitel 4 simulieren wir die Bildung von Nanostrukturen mit alternierenden Streifen während der Submonolagen-Heteroepitaxie. Zwei Mechanismen werden untersucht: Trennung zweier Adsorbatsorten aufgrund verschieden hoher Diffusionsbarrieren, und Verspannungsabbau durch abwechselnde Anordnung der Adsorbatsorten. KMC-Simulationen eines einfach kubischen Gittergasmodells mit schwacher Bindung zwischen unterschiedlichen Adsorbatsorten zeigen, dass die Streifenbildung allein durch kinetische Effekte während des Wachstums hervorgerufen werden kann. Der Einfluss von Kontrollparametern auf die Streifenbreite wird untersucht. Wir finden ein Arrhenius-Verhalten für die Temperaturabhängigkeit, in Übereinstimmung mit experimentellen Untersuchungen. Kanonische MC-Simulationen zeigen, dass unter Gleichgewichtsbedingungen eine fast vollständige Separation der Adsorbatsorten eintritt. Gleichgewichtssimulationen mit einem gitterfreien Modell zeigen, dass die Konkurrenz zwischen Teilchenbindungen und Gitterunterschied zu regelmäßigen Streifen mit wohldefinierter Breite führt. In KMC-Simulationen werden die Streifenbildung sowie die experimentell berichtete Verästelung der Adsorbatinseln reproduziert. Eine Untersuchung der Verästelung mit einem erweiterten Gittergasmodell, dessen Parameter an charakteristische Diffusionsbarrieren des gitterfreien Modells angepasst wurden, zeigt, dass eine zufriedenstellende Beschreibung im Rahmen eines Gittergases die explizite Berücksichtigung langreichweitiger elastischer Wechselwirkungen erfordert. Im Anhang werden ergänzende Themen behandelt, die im Zusammenhang mit den Gittergassimulationen aus Kapitel 4 stehen. KW - Kristallwachstum KW - Epitaxie KW - Monte-Carlo-Simulation KW - Gittergas KW - Gittergas KW - Monte Carlo KW - Simulation KW - Epitaxie KW - Halbleiter KW - Lattice Gas KW - Monte Carlo KW - Simulation KW - Epitaxy KW - Semiconductor Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-13812 ER - TY - THES A1 - Mück, Alexander T1 - The standard model in 5D : theoretical consistency and experimental constraints T1 - Das Standardmodell in 5D : Theoretische Konsistenz und experimentelle Schranken N2 - The four-dimensional Minkowski space is known to be a good description for space-time down to the length scales probed by the latest high-energy experiments. Nevertheless, there is the viable and exciting possibility that additional space-time structure will be observable in the next generation of collider experiments. Hence, we discuss different extensions of the standard model of particle physics with an extra dimension at the TeV-scale. We assume that some of the gauge and Higgs bosons propagate in one additional spatial dimension, while matter fields are confined to a four-dimensional subspace, the usual Minkowski space. After compactification on an S^1/Z_2 orbifold, an effective four-dimensional theory is obtained where towers of Kaluza-Klein (KK) modes, in addition to the standard model fields, reflect the higher-dimensional structure of space-time. The models are elaborated from the 5D Lagrangian to the Feynman rules of the KK modes. Special attention is paid to an appropriate generalization of the Rxi-gauge and the interplay between spontaneous symmetry breaking and compactification. Confronting the observables in 5D standard model extensions with combined precision measurements at the Z-boson pole and the latest data from LEP2, we constrain the possible size R of the extra dimension experimentally. A multi-parameter fit of all relevant input parameters leads to bounds for the compactification scale M=1/R in the range 4-6 TeV at the 2 sigma confidence level and shows how the mass of the Higgs boson is correlated with the size of an extra dimension. Considering a future linear e+e- collider, we outline the discovery potential for an extra dimension using the proposed TESLA specifications as an example. As a consistency check for the various models, we analyze Ward identities and the gauge boson equivalence theorem in W-pair production and find that gauge symmetry is preserved by a complex interplay of the Kaluza-Klein modes. In this context, we point out the close analogy between the traditional Higgs mechanism and mass generation for gauge bosons via compactification. Beyond the tree-level, the higher-dimensional models studied extensively in the literature and in the first part of this thesis have to be extended. We modify the models by the inclusion of brane kinetic terms which are required as counter terms. Again, we derive the corresponding 4D theory for the KK towers paying special attention to gauge fixing and spontaneous symmetry breaking. Finally, the phenomenological implications of the new brane kinetic terms are investigated in detail. N2 - Bis hin zu den kleinsten Längenskalen, die bisher in Hochenergieexperimenten getestet werden konnten, lässt sich die Natur auf der Basis des vierdimensionalen Minkowski-Raums beschreiben. Dennoch kann man die aufregende Möglichkeit nicht ausschließen, dass bereits die nächste Generation von Beschleunigerexperimenten eine zusätzliche Struktur der Raumzeit aufdecken wird. Daher betrachten wir verschiedene Erweiterungen des Standardmodells der Teilchenphysik mit einer zusätzlichen Dimension im TeV-Bereich. Wir nehmen an, dass einige oder alle Higgs- und Eichbosonen in einer fünften, raumartigen Dimension propagieren können, während die fermionische Materie auf den gewöhnlichen Minkowski-Raum beschränkt bleibt. Durch Kompaktifizierung auf ein S^1/Z_2 Orbifold wird eine effektive vierdimensionale Theorie abgeleitet, in der sich die zusätzliche Raumzeitstruktur durch ein Spektrum von Kaluza-Klein (KK) Moden widerspiegelt. Dabei werden die untersuchten Modelle, ausgehend von der 5D Lagrangedichte, bis hin zu den Feynmanregeln für die KK Moden ausgearbeitet. Insbesondere zeigen wir die konsistente Verallgemeinerung der Rxi-Eichung und untersuchen das Wechselspiel von spontaner Symmetriebrechung und Kompaktifizierung. Um den Radius R der fünften Dimension durch Messungen einzuschränken, benutzen wir sowohl Daten aus Experimenten auf der Z-Boson-Resonanz als auch LEP2 Wirkunsquerschnitte. Bei 2 sigma Signifikanz finden wir für die verschiedenen Modelle als untere Schranke für die Kompaktifizierungsskala M=1/R etwa 4-6 TeV. Mit Hilfe eines Multiparameterfits werden auch Korrelationen zwischen der Kompaktifizierungsskala und der Masse des Higgs-Bosons aufgezeigt. Darüber hinaus wird am Beispiel des TESLA-Projektes das Entdeckungspotential eines zukünftigen e+e- Linearbeschleunigers für zusätzliche Raumzeitstruktur ausgelotet. Als Konsistenztest für die verschiedenen Modelle untersuchen wir Ward-Identitäten und das Eichboson-Äquivalenztheorem am Beispiel der W-Boson-Paarproduktion, in der ein komplexes Zusammenspiel der KK Moden die Eichinvarianz sicherstellt. Des Weiteren wird die enge Analogie zwischen dem traditionellen Higgs-Mechanismus und der Massenerzeugung für Eichbosonen durch Kompaktifizierung herausgearbeitet. Auf Einschleifen-Niveau zeigt sich schließlich, dass die einfachsten, im ersten Teil dieser Arbeit sowie in der Literatur eingehend untersuchten Modelle erweitert werden müssen. Daher beziehen wir lokalisierte kinetische Terme ein, die als Counterterme benötigt werden. Für die so erweiterten Modelle leiten wir wiederum die effektive 4D Theorie für die KK Moden ab und untersuchen insbesondere die Eichfixierung und spontane Symmetriebrechung. Abschließend bestimmen wir den Einfluss der neuen kinetischen Terme auf die Phänomenologie. KW - Standardmodell KW - Dimension 5 KW - Teilchenphysik KW - zusätzliche Dimensionen KW - particle physics KW - extra dimensions Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-10591 ER - TY - THES A1 - Nürnberger, Dieter T1 - The Galactic Starburst Region NGC 3603 : exciting new insights on the formation of high mass stars T1 - Das Galaktische Sternentstehungsgebiet NGC 3603: Neue Einblicke in die Entstehung von massereichen Sternen N2 - One of the most fundamental, yet still unsolved problems in star formation research is addressed by the question "How do high mass stars form?". While most details related to the formation and early evolution of low mass stars are quite well understood today, the basic processes leading to the formation of high mass stars still remain a mystery. There is no doubt that low mass stars like our Sun form via accretion of gas and dust from their natal environment. With respect to the formation of high mass stars theorists currently discuss two possible scenarios controversely: First, similar to stars of lower masses, high mass stars form by continuous (time variable) accretion of large amounts of gas and dust through their circumstellar envelopes and/or disks. Second, high mass stars form by repeated collisions (coalescence) of protostars of lower masses. Both scenarios bear difficulties which impose strong constrains on the final mass of the young star. To find evidences for or against one of these two theoretical models is a challenging task for observers. First, sites of high mass star formation are much more distant than the nearby sites of low mass star formation. Second, high mass stars form and evolve much faster than low mass star. In particular, they contract to main sequence, hydrogen burning temperatures and densities on time scales which are much shorter than typical accretion time scales. Third, as a consequence of the previous point, young high mass stars are usually deeply embedded in their natal environment throughout their (short) pre-main sequence phase. Therefore, high mass protostars are rare, difficult to find and difficult to study. In my thesis I undertake a novel approach to search for and to characterize high mass protostars, by looking into a region where young high mass stars form in the violent neighbourhood of a cluster of early type main sequence stars. The presence of already evolved O type stars provides a wealth of energetic photons and powerful stellar winds which evaporate and disperse the surrounding interstellar medium, thus "lifting the courtains" around nearby young stars at a relatively early evolutionary stage. Such premises are given in the Galactic starburst region NGC 3603. Nevertheless, a large observational effort with different telescopes and instruments -- in particular, taking advantage of the high angular resolution and high sensitivity of near and mid IR instruments available at ESO -- was necessary to achieve the goals of my study. After a basic introduction on the topic of (high mass) star formation in Chapter 1, a short overview of the investigated region NGC 3603 and its importance for both galactic and extragalactic star formation studies is given in Chapter 2. Then, in Chapter 3, I report on a comprehensive investigation of the distribution and kinematics of the molecular gas and dust associated with the NGC 3603 region. In Chapter 4 I thoroughly address the radial extent of the NGC 3603 OB cluster and the spatial distribution of the cluster members. Together with deep Ks band imaging data, a detailed survey of NGC 3603 at mid IR wavelengths allows to search the neighbourhood of the cold molecular gas and dust for sources with intrinsic mid IR excess (Chapter 5). In Chapter 6 I characterize the most prominent sources of NGC 3603 IRS 9 and show that these sources are bona-fide candidates for high mass protostars. Finally, a concise summary as well as an outlook on future prospects in high mass star formation research is given in Chapter 7. N2 - Eines der wichtigsten, nach wie vor ungeloesten Probleme auf dem Forschungsgebiet der Sternentstehung kann durch die einfache Frage "Wie entstehen massereiche Sterne?" zum Ausdruck gebracht werden. Waehrend die Entstehung und fruehe Entwicklung massearmer Sternen bereits in vielen Details gut verstanden ist, sind die grundlegenden Prozesse waehrend der Entstehung massereicher Sterne noch ungeklaert. Es besteht kein Zweifel, dass massearme Sterne wie unsere Sonne durch Akkretion von Gas und Staub aus ihrer Geburtswolke hervorgehen. Seitens der theoretischen Astrophysik werden hinsichtlich der Entstehung massereicher Sterne zwei moegliche Szenarien kontrovers diskutiert. Folgt man dem ersten Modell, so entstehen massereiche Sterne aehnlich wie massearme Sterne, indem sie kontinuierlich (zeitlich variabel) grosse Mengen Gas und Staub ueber ihre zirkumstellaren Huellen und/oder Scheiben akkretieren. Demgegenueber erklaert das zweite Modell die Entstehung massereicher Sterne ueber wiederholt stattfindende Kollisionen von Protosternen geringerer Masse (Koaleszenz). In beide Szenarien begegnet man jedoch Schwierigkeiten physikalischer Natur, die der entgueltigen Masse eines jungen massereichen Sternes eine obere Grenze setzen. Argumente/Beweise fuer oder gegen eines dieser beiden konkurrierenden Modelle zu finden, stellt fuer die beobachtenden Astrophysiker eine grosse Herausforderung dar. Hierfuer gibt es mehrere Gruende: Erstens, die Entstehungsgebiete massereicher Sterne liegen in deutlich groesserer Entfernung als die relativ nahegelegenen Entstehungsgebiete massearmer Sterne. Zweitens, massereiche Sterne entstehen und entwickeln sich viel schneller als massearme Sterne. Insbesonders verlaeuft die Kontraktion zu Temperaturen und Dichten, die denen waehrend des Wasserstoffbrennens auf der Hauptreihe entsprechen, auf Zeitskalen, die deutlich kuerzer sind als typische Zeitskalen fuer die Akkretion von zirkumstellarer Materie. Drittens, und unmittelbare Konsequenz des vorherigen Punktes, junge massereiche Sterne sind gewoehnlich waehrend ihrer gesamten (relativ kurzen) Vorhauptreihenentwicklung tief eingebettet in jene Wolke aus molekularem Gas und Staub, aus der sie selbst entstanden sind. Massereiche Protosterne sind daher sehr selten, schwierig zu entdecken und schwierig zu studieren. In meiner Doktorarbeit unternehme ich einen neuartigen Versuch, massereiche Protosterne zu suchen und zu charakterisieren, indem ich die turbulente Umgebung ein Haufens von fruehen Hauptreihensternen untersuche. Die Praesenz von bereits entwickelten Sternen des Spektraltyps O fuehrt zur Produktion energiereicher Photonen und kraeftiger Sternwinde, welche die umgebende interstellare Materie verdampfen und zerstreuen. Dadurch kann der Blick auf benachbarte junge Sterne zu einem relativ fruehen Zeitpunkt ihrer Entstehung freigegeben werden. Derartige Voraussetzungen finden sich in der galaktischen Starburst-Region NGC 3603. Nichtsdestoweniger bedarf es jedoch eines gewaltigen beobachtungstechnischen Aufwandes mit mehreren Teleskopen und Instrumenten -- insbesondere sind die hohe raeumliche Aufloesung sowie die exzellente Sensitivitaet der fuer die Beobachtungen im nahen und mittleren Infrarot benutzten ESO-Instrumente von entscheidender Bedeutung --, um die gesteckten Ziele meiner Studie zu erreichen. Nach einer grundlegenden Einfuehrung in die Thematik der Entstehung von (massereichen) Sternen in Kapitel 1 wird ein kurzer Ueberblick gegeben ueber die untersuchte Region NGC 3603 sowie ueber ihre Bedeutung fuer Studien zur Sternentstehung sowohl innerhalb als auch ausserhalb unserer Galaxie (Kapitel 2). Anschliessend berichte ich in Kapitel 3 ueber die Ergebnisse einer umfangreichen Untersuchung zur Verteilung und Kinematik des mit der NGC 3603-Region assoziierten molekularen Gases und Staubes. In Kapitel 4 untersuche ich die radiale Ausdehnung des zentralen OB-Sternhaufens und die raeumliche Verteilung seiner Mitgliedssterne. Zusammen mit tiefen Aufnahmen im Ks-Band erlauben detaillierte Beobachtungen bei Wellenlaengen des mittleren Infrarot die Identifizierung von intrinsisch stark geroeteten Quellen in der Nachbarschaft von kaltem, molekularem Gas und Staub (Kapitel 5). In Kapitel 6 werden dann die hellsten dieser Objekte, die Quellen der NGC 3603 IRS 9- Region, genauestens charakterisiert. Es wird gezeigt, dass diese Quellen geeignete Kandidaten fuer massereiche Protosterne darstellen. Zum Schluss fasse ich die erzielten Ergebnisse in Kapitel 7 zusammen und gebe einen Ausblick auf Schwerpunkte zukuenftiger Studien zur Entstehung massereicher Sterne. KW - Starburst-Galaxie KW - Massereicher Stern KW - Sternentstehung KW - Sternentstehung KW - Massereiche Sterne KW - Starburst KW - NGC 3603 KW - Protosterne KW - Star Formation KW - High Mass Stars KW - Starburst KW - NGC 3603 KW - Protostars Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-10440 ER - TY - THES A1 - Siddiki, Afif T1 - Model calculations of current and density distributions in dissipative Hall bars T1 - Model rechnungen der Strom- und dichteverteilung in dissipative Hall bars N2 - In this work we examine within the self-consistent Thomas-Fermi-Poisson approach the low-temperature screening properties of a two-dimensional electron gas (2DEG) subjected to strong perpendicular magnetic fields. In chapter 3, numerical results for the unconfined 2DEG are compared with those for a simplified Hall-bar geometry realized by two different confinement models. It is shown that in the strongly nonlinear-screening limit of zero temperature the total variation of the screened potential is related by simple analytical expressions to the amplitude of an applied harmonic modulation potential and to the strength of the magnetic field. In chapter 4 we study the current and charge distribution in a two-dimensional electron system, under the conditions of the integer quantized Hall effect, on the basis of a quasilocal transport model, that includes nonlinear screening effects on the conductivity via the self-consistently calculated density profile. The existence of "incompressible strips" with integer Landau level filling factor is investigated within a Hartree-type approximation, and nonlocal effects on the conductivity along those strips are simulated by a suitable averaging procedure. This allows us to calculate the Hall and the longitudinal resistance as continuous functions of the magnetic field B, with plateaus of finite widths and the well-known, exactly quantized values. We emphasize the close relation between these plateaus and the existence of incompressible strips, and we show that for B values within these plateaus the potential variation across the Hall bar is very different from that for B values between adjacent plateaus, in agreement with recent experiments. We have improved on the previous chapter by a critical investigation of the impurity potential profiles and obtained reasonable estimates of the range and the amplitude of the potential fluctuations. We added a harmonic perturbation potential to the confining potential in order to generate the long-range-part of the overall impurity potential in the translation invariant model. This treatment of the long-range fluctuations allowed us to resolve apparent discrepancies such as the dependence of the QH plateau width on the mobility and to understand the crossing values of the high and low temperature Hall resistances. An interesting outcome of this model is that, it predicts different crossing values depending on the sample width and mobility. In chapter 6 we brie y report on theoretical and experimental investigations of a novel hysteresis effect that has been observed on the magneto-resistance (MR) of quantum-Hall (QH) bilayer systems in magnetic field (B) intervals, in which one layer is in a QH-plateau while the other is near an edge of a QH-plateau. We extend a recent approach to the QH effect, based on the Thomas-Fermi-Poisson theory and a local conductivity model to the bilayer system. This approach yields very different density and potential landscapes for the B-values at different edges of a QH plateau. Combining this with the knowledge about extremely long relaxation times to the thermodynamic equilibrium within the plateau regime, we simulate the hysteresis in the "active" current-carrying layer by freezing-in the electron density in the other, "passive", layer at the profile corresponding to the low-B edge of its QH plateau as B is swept up, and to the profile at the high-B edge as B is swept down. The calculated MR hysteresis is in good qualitative agreement with the experiment. If we use the equilibrium density profile, we obtain excellent agreement with an "equilibrium" measurement, in which the system was heated up to ~ 10K and cooled down again at each sweep step. N2 - Diese Arbeit wurde durch Experimente zur Potential- und Stromverteilung in Quanten-Hall- Systemen motiviert, die in den letzten Jahren in der Abteilung von Klitzing am MPI für Festkörperforschung durchgeführt wurden und ergaben, dass elektrostatische Abschirmungseffekte in zweidimensionalen Elektronensystemen (2DES), die den ganzzahligen Quanten-Hall-Effekt (QHE) zeigen, sehr wichtig für das Verständnis der Stromverteilung innerhalb der Probe und der extremen Genauigkeit der gemessenen quantisierten Werte des Hall-Widerstands sind. Daraus ergab sich für die hier vorgelegte Arbeit das folgende Programm. Zunächst wird, nach einem einleitenden Kapitel, in Kapitel 2 der Formalismus vorgestellt, mit dem in den späteren Kapiteln Elektronendichten und elektrostatische Potentiale, die z.B. das 2DES auf eine Probe mit Streifengeometrie eingrenzen, selbstkonsistent berechnet werden. Diese Selbstkonsistenz besteht aus zwei Teilen. Erstens wird, bei vorgegebenem Potential, die Elektronendichte berechnet. Zweitens wird aus vorgegebener Ladungsverteilung, bestehend aus (positiven) Hintergrundladungen und der (im ersten Schritt berechneten) Elektronenladungsdichte, und geeigneten Randbedingungen (konstantes Potential auf metallischen Gates) durch Lösen der Poisson-Gleichung das elektrostatische Potential berechnet. Wenn wir im ersten Schritt, unter Berücksichtigung der Fermi-Dirac-Statistik, die Elektronendichte quantenmechanisch aus den Energieeigenfunktionen und -werten berechnen, erhalten wir die Hartree-Näherung, die die Dichte als nichtlokales Funktional des Potentials liefert. Wenn man die Ausdehnung der Wellenfunktionen auf der Längenskala, auf der sich das Potential typischerweise ändert, vernachlässigen kann, so vereinfacht sich die Hartree-Näherung zur Thomas- Fermi-Näherung, die einen lokalen Zusammenhang zwischen Elektronendichte und Potential beschreibt. Die meisten der konkreten Rechnungen wurden im Rahmen dieser selbstkonsistenten Thomas-Fermi-Poisson-Näherung durchgeführt. Im Kapitel 3 wird allgemein das Abschirmverhalten eines 2DES im hohen Magnetfeld untersucht. Wir betrachten die Antwort auf eine harmonische Potentialmodulation im unbegrenzten 2DES und in streifenförmig begrenzten Systemen mit zwei unterschiedlichen Arten von Randbedingungen. Bei tiefen Temperaturen und hohen Magnetfeldern finden wir extrem nichtlineare Abschirmung. Im unbegrenzten 2DES charakterisieren wir die Abschirmung, indem wir die gesamte Variation des selbstkonsistent berechneten Potentials als Funktion der Amplitude des aufgeprägten cosinus-Potentials berechnen. Bei festem Magnetfeld ergeben sich so Stufenfunktionen, deren Gestalt stark vom Füllfaktor der Landau-Niveaus im homogenen Zustand ohne aufgeprägtes Potential abhängt (siehe Abbildungen 3.2- 3.6). Vielleicht noch unerwartetere Kurven ergeben sich, wenn man bei festem Modulationspotential die Varianz des selbstkonsistenten Potentials gegen das Magnetfeld B aufträgt (Abb. 3.9). Die Resultate lassen sich aber leicht verstehen und (bei Temperatur T = 0) in einem einfachen Schema (Abb. 3.7) zusammenfassen. Als ordnendes Prinzip stellt sich heraus, dass sich stets Zustände einstellen, in denen die Elektronendichte möglichst wenig von der bei verschwindendem Magnetfeld abweicht. Wenn die Zyklotronenergie groß gegen die thermische Energie kBT ist, erfordert das, dass in den großen Bereichen, in denen die Dichte variiert, ein Landau-Niveau unmittelbar an dem, im Gleichgewicht konstanten, elektrochemischen Potential liegen muss (En, “pinning”). Man nennt diese Bereiche kompressibel. In den kompressiblen Bereichen können Elektronen leicht umverteilt werden, d.h. die Dichte ist leicht veränderbar und in diesen Bereichen gibt es extrem effektive Abschirmung. Existieren kompressible Bereiche mit unterschiedlichen Landau-Niveaus (En) am elektrochemischen Potential, z.B. bei großer Modulation oder weil die Dichte zum Probenrand hin abnimmt, so gibt es zwischen benachbarten kompressiblen Bereichen mit unterschiedlichen Landau-Quantenzahlen n “inkompressible” Bereiche, in denen zwischen zwei Landau-Niveaus liegt. Dort sind alle Landau-Niveaus unterhalb von besetzt, die oberhalb leer. Folglich ist dort der Füllfaktor ganzzahlig und die Dichte konstant. Das Wechselspiel zwischen kompressiblen und inkompressiblen Bereichen bestimmt das Abschirmverhalten. Randeffekte erweisen sich nur in solchen Magnetfeldintervallen als wichtig für die Abschirmung im Inneren einer streifenförmigen Probe, in denen (schon ohne aufgeprägte Modulation) in der Probenmitte ein neuer inkompressibler Streifen entsteht. Im Kapitel 4 wird die Rolle der inkompressiblen Streifen in einer idealisierten, streifenförmigen Hall-Probe untersucht. Mithilfe einer lokalen Version des Ohmschen Gesetzes berechnen wir bei vorgegebenen Gesamtstrom die Stromdichte und das nun ortsabhängige elektrochemische Potential, dessen Gradient die Stromdichte treibt. Für den lokalen Leitfähigkeitstensor nehmen wir ein für homogenes 2DES berechnetes Resultat und ersetzen den Füllfaktor jeweils durch den lokalen Wert. Dadurch ergibt sich, dass bei Existenz inkompressibler Streifen der gesamte Strom auf diese Streifen eingeschränkt ist, in denen die Komponenten des spezifischen Widerstands die Werte des freien, idealen 2DES haben, also verschwindenden longitudinalen und quantisierten Hall-Widerstand. Aus Hartree-Rechnungen zeigen wir, dass es inkompressible Streifen nur in Magnetfeldintervallen endlicher Breite (um ganzzahlige Füllfaktoren) gibt und dass in der Nähe von Füllfaktor 4 es nur inkompressible Streifen mit dem lokalen Füll-faktor \nu(x) = 4 gibt, aber nicht solche mit \nu(x) = 2, in Gegensatz zu dem Ergebnis der Thomas-Fermi-Poisson-Näherung, die hier nicht gültig ist. Um diese Unzulänglichkeit der Thomas-Fermi-Poisson-Näherung und Artefakte des strikt lokalen Modells zu beheben, führen wir die Rechnungen mit einem (auf der Skala des mittleren Elektronenabstands) gemittelten Leitfähigkeitstensors aus. Damit erhalten wir, im Rahmen einer Linear-Response-Rechnung, sehr schöne Übereinstimmung mit den Potentialmessungen, die diese Dissertation motivierten, einen kausalen Zusammenhang zwischen der Existenz inkompressibler Streifen und der Existenz von Plateaus im QHE, und ein Verständnis der extremen Genauigkeit, mit der die quantisierten Widerstandswerte reproduziert werden können, unabhängig von Probenmaterial und -geometrie. Im Kapitel 5 untersuchen wir das Zufallspotential, in dem sich die Elektronen bewegen. Wir gehen davon aus, dass sich hinter einer undotierten Schicht eine Ebene mit zufällig verteilten ionisierten Donatoren befindet, deren Coulomb-Potentiale sich zu dem Zufallspotential überlagern. Wir weisen darauf hin, dass sich die langreichweitigen Fluktuationen dieses Potentials anders verhalten als die kurzreichweitigen. Die kurzreichweitigen klingen mit dem Abstand der Donatorebene von der Ebene des 2DES exponentiell ab, werden aber (bei B = 0) nur schwach durch das 2DES abgeschirmt. Diese Fluktuationen haben wir durch die endlichen Leitfähigkeiten und die Stoßverbreiterung der Landau-Niveaus berücksichtigt. Die langreichweitigen Fluktuationen, andererseits, sind nur schwach von der Entfernung der Donatorebene abhängig, werden aber stark vom 2DES abgeschirmt. Diese sollte man bei der selbstkonsistenten Abschirmungsrechnung explizit berücksichtigen. Erste Versuche in dieser Richtung zeigen, dass sie die Quanten-Hall-Plateaus verbreitern, verschieben und stabilisieren können. Sie sollten besonders bei breiten Proben wichtig werden, bei denen sie zusätzliche inkompressible Streifen im Probeninneren verursachen können. Schließlich diskutieren wir in Kapitel 6 Abschirmungseffekte in einem Doppelschichtsystem aus zwei parallelen 2DES. Interessante neue Effekte treten auf, wenn die Schichten verschiedene Dichten haben. Das Auftreten inkompressibler Streifen in der einen Schicht kann dann drastische Auswirkungen auf die andere Schicht haben. Widerstandsmessungen in Abhängigkeit vom Magnetfeld, die kürzlich an solchen Systemen durchgeführt wurden, zeigen, dass am Rande eines QH-Plateaus Hysterese auftritt, d.h. dass die für ansteigendes Magnetfeld gemessene Kurve nicht mit der für abfallendes Magnetfeld gemessenen Kurve übereinstimmt, wenn dieser Magnetfeldbereich in ein QH-Plateau der anderen Schicht fällt. Wir entwickeln ein Modell und beschreiben Modellrechnungen, die dieses Phänomen plausibel machen. KW - Elektronengas KW - Dimension 2 KW - Quanten-Hall-Effekt KW - Abschirmung KW - Stromverteilung KW - Dichteverteilung KW - Quanten Hall effekt KW - Nichtlineare abschirmung KW - Inkompressible Streifen KW - Doppelschichtsystem KW - Quantum Hall effect KW - Non-linear screening KW - Incompressible strips KW - Bilayer systems Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-15100 ER - TY - THES A1 - Pahlen, Federico von der T1 - Polarization and Spin Effects in Production and Decay of Charginos and Neutralinos at a Muon Collider T1 - Polarisations- und Spineffekte in der Produktion und dem Zerfall von Charginos und Neutralinos am Myon-Beschleuniger N2 - The mechanism of spontaneous symmetry breaking is essential to provide masses to the W and Z gauge bosons and fermions of the SM. We hope to elucidate this mechanism at the next generation of colliders. While the SM has been tested with astonishing precision it is believed to be an effective theory of a more fundamental Great Unified Theory. SUSY is one of the most attractive extensions of the SM of particle physics. Therefore, the search for SUSY is a top priority at the next generation of colliders. Once Higgs bosons are discovered, a precise determination of their properties is necessary to differentiate between different models, in particular the MSSM. A muon collider, running at center of mass energies around the neutral Higgs boson resonances, would allow precise measurements of masses and widths, as well as the couplings to their decay products. In particular their couplings to supersymmetric particles are essential to probe SUSY. Therefore, we study the decays of the heavier CP-even and CP-odd Higgs bosons into lighter chargino or neutralino pairs. In this thesis we have analyzed the polarization effects of the beams and the charginos and neutralinos produced in mu+ mu- annihilation around the center of mass energies of the Higgs boson resonances H and A. For the production of equal charginos we have shown that the ratio of H-chargino and A-chargino couplings can be precisely determined independently of the chargino decay mechanism. This method avoids reference to other experiments and makes only a few model-dependent assumptions. Here we have analyzed the effect of the energy spread and of the error from the non-resonant channels, including an irreducible standard model background contribution. For small tan(beta) the process yields large cross sections of up to a pb. For the production of two different charginos we have shown that the H-A interference can be analyzed using asymmetries of the charge conjugated processes. The asymmetries depend on the muon longitudinal beam polarizations and vanish for unpolarized beams. For the chargino pair production with subsequent two-body decay of one of the charginos we have shown that charge and beam polarization asymmetries in the energy distributions of the decay particles are sensitive to the interference of scalar exchange channels with different CP quantum numbers. This process provides unique information on the interference of overlapping Higgs boson resonances. The effect is larger for regions of parameter space with intermediate values of tan(beta) and light sleptons or LSP neutralinos. For the chargino pair production with subsequent two-body decays of both charginos we have defined energy distribution and angular asymmetries in the final particles, in order to analyze the spin-spin correlations of the charginos. The transverse polarizations of the charginos are sensitive to the CP quantum number of the exchanged Higgs bosons and can thus be used to separate overlapping resonances, as well as to determine the CP quantum number of a single resonance. For equal charginos, these asymmetries are not sensitive to the interference of CP-even and CP-odd Higgs exchange channels. For the neutralino pair production in mu+ mu- annihilation we study similar processes as for chargino production. Line shape measurements of neutralino pair production allow to precisely determine the ratio of H-neutralino and A-neutralino couplings. Neutralino pair production with subsequent two-body decay of one of the neutralinos in the intermediate tan(beta) region is sensitive to the interference of H and A and may be measured with a large statistical significance. The Majorana nature of the neutralinos implies that the beam polarization asymmetries vanish for the remaining production channels. For neutralino pair production with subsequent two-body decays of both neutralinos we analyze similar observables as in chargino production. The main difference consists in the intrinsic relative CP quantum number of the neutralino pair, which depends on the chosen scenario. We have thus shown that the interaction of the Higgs bosons to the gaugino-higgsino sector can be probed at a muon collider in chargino and neutralino pair production, both analyzing the production line-shape around the resonances as well as studying the chargino and neutralino polarizations via their decays. N2 - Der Mechanismus der spontanen Symmetriebrechung ist notwendig, um den W-und Z-Eichbosonen sowie den Fermionen des Standardmodels Masse geben zu können. Wir hoffen, diesen Mechanismus in der nächsten Generation von Teilchenbeschleunigern nachweisen zu können. Obwohl die Vorhersagen des Standardmodels (SM) bisher mit sehr großer Präzision bestätigt werden konnten, glaubt man, dass es sich um einen effektiven Niederenergielimes einer fundamentaleren Großvereinheitlichten Theorie handelt. Supersymmetrie (SUSY) ist eine der attraktivsten Erweiterungen des Standardmodels der Teilchenphysik. Deswegen ist die Suche nach SUSY eine der Prioritäten der nächsten Generation von Beschleunigern. Werden Higgs-Bosonen entdeckt, ist eine präzise Bestimmung ihrer Eigenschaften nötig. Ein Myonenbeschleuniger mit einer Schwerpunktsenergie in der Nähe der Resonanzen der neutralen Higgs-Bosonen würde eine ideale ,,Higgs-Fabrik'' darstellen, die genaue Messungen der Massen und Breiten sowie der Kopplungen und Zerfallsprodukte der Higgsbosonen erlauben würde. Insbesondere deren Kopplungen an SUSY-Teilchen ist wichtig, um das in der Natur realisierte SUSY-Szenario zu ermitteln. Deswegen haben wir die Zerfälle der schwereren CP-geraden und CP-ungeraden Higgs-Bosonen in leichtere Chargino- oder Neutralino-Paare studiert. In dieser Arbeit wurden der Einfluss der Strahlpolarisation der Myonen sowie die Polarisation der Charginos bzw. Neutralinos erzeugt in Myon Annihilation untersucht. Für die Produktion gleicher Charginos wurde gezeigt, dass das Verhältnis der H-Chargino-und der A-Chargino Kopplungen unabhängig vom Chargino Zerfallsmechanismus mit hoher Präzision bestimmt werden kann. Diese Methode vermeidet Anleihen bei anderen Experimenten und macht nur wenige modelabhängige Annahmen. Hier wurde der Effekt der Energieverteilung der Myonenstrahlen und des Fehlers aus den nicht-resonanten Kanäle, mit Berücksichtigung des irreduziblen Standardmodel-Hintergrundbeitrags, untersucht. Für kleine Werte von tan(beta) werden bei diesem Prozess große Wirkungsquerschnitte von bis zu einem pb erzielt. Für die Produktion von zwei unterschiedlichen Charginos wurde gezeigt, dass die H-A-Interferenz mit der Asymmetrie der Wirkungsquerschnitte für ladungskonjugierten Prozesse analysiert werden kann. Diese Asymmetrie hängt von der longitudinalen Strahlpolarisation ab und verschwindet für unpolarisierten Myon-Strahlen. Für Chargino-Paarproduktion mit anschließendem Zweikörperzerfall eines der Charginos haben wir gezeigt, dass die Ladungs-und Polarisationsasymmetrien den Energieverteilungen der Zerfallsprodukte auf die Interferenz der skalaren Austausch-Kanäle mit unterschiedlichen CP-Quantenzahlen sensitiv sind. Dieser Prozess liefert eindeutige Informationen über die Interferenz überlappender Higgsboson-Austausch-Resonanzen. Der Effekt ist für Regionen des Parameterraums mit mittleren Werten von tan(beta) und für leichte Sleptonen oder LSP Neutralinos größer. Für Chargino-Paarproduktion mit anschließendem Zweikörperzerfall beider Charginos wurden Energie- und Winkelverteilungen der Zerfallsprodukte definiert, um damit die Chargino-Spin-Spin-Korrelationen analysieren zu können. Die transversalen Polarisationen der Charginos sind auf die CP-Quantenzahl des ausgetauschten Higgs-Bosons sensitiv. Dadurch kann man überlappende Resonanzen trennen, sowie auch die CP-Quantenzahl einer einzelnen Resonanz bestimmen. Für gleiche Charginos sind diese Asymmetrien auf die Interferenz CP-gerader und CP-ungerader Higgs-Kanäle nicht sensitiv. Es ist deswegen nicht möglich, mit ihrer Hilfe zwischen zwei überlappenden skalaren Resonanzen mit unterschiedlichen CP-Quantenzahlen und einer CP-verletzenden einzelnen Resonanz zu unterscheiden. Für Neutralino Paarproduktion in Myon Annihilation werden, analog zum Chargino Produktionsprozess, Lineshape sowie die anschließenden Zerfälle untersucht. Lineshape-Messungen der Neutralino-Paarproduktion erlauben eine präzise Bestimmung des Verhältnisses der H-Neutralino- und A-Neutralino-Kopplungen. Neutralino Paarproduktion mit anschließendem Zweikörperzerfall eines der Neutralinos für mittleren Werten von tan(beta) ist sensitiv auf Interferenz von H und A ist und kann möglicherweise mit ausreichender statistischer Signifikanz gemessen werden können. Für Neutralino-Paarproduktion mit anschließendem Zweikörperzerfall beider Neutralinos werden die analogen Observablen wie bei der Chargino Paarproduktion analysiert. Ein wesentlicher Unterschied besteht darin, dass die relative intrinsische CP-Quantenzahl des erzeugten Neutralinopaares vom Szenario abhängt. Es wurde somit gezeigt, dass die Wechselwirkung der Higgsbosonen an den Gaugino-Higgsino-Sektor an einem Myonbeschleuniger aus Analysen der Chargino bzw. Neutralino Paar-Produktions-Lineshape an den Resonanzen sowie auch aus der Strahlpolarisations-Abhängigkeit der anschließenden Zerfälle getestet werden können. KW - Neutralino KW - Paarerzeugung KW - Chargino KW - Zerfall KW - Supersymmetrie KW - Myon-Beschleuniger KW - Higgs KW - Supersymmetry KW - Muon Collider KW - Higgs Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-18421 ER - TY - THES A1 - Jöstingmeier, Martin T1 - On the competition of superconductivity, antiferromagnetism and charge order in the high-Tc compounds T1 - Über das Wechselspiel von Supraleitung, Antiferromagnetismus und Ladungsordung in den Kuprat-Supraleitern N2 - Diese Arbeit läßt sich in zwei grobe Abschnitte gliedern. Der erste Teil umfaßt die Kapitel 1-3, in denen drei verschiedene Konzepte beschrieben werden, die zum Verständis stark korrelierter Vielteilchen-Systeme dienen. Dies sind zunächst einmal die SO(5)-Theorie in Kapitel 3, die den allgemeinen Rahmen vorgibt und auf der numerischen Seite die Stochastische Reihen Entwicklung (SSE) in Kapitel 1 und der Contractor Renormierungsgruppen Ansatz (CORE), s.Kapitel 2). Die zentrale Idee dieser Dissertationsschrift besteht darin, diese verschiedenen Konzepte zu kombinieren, um ein besseres Verständnis der Hochtemperatursupraleiter zu erhalten. Im zweiten Teil dieser Arbeit (Kap. 4 und Kap. 5) werden die so gewonnenen Ergebnisse dargestellt. Die zentrale Idee dieser Arbeit, d.h. die Kombination der SO(5)-Theorie mit den Fähigkeiten bosonischer Quanten-Monte-Carlo Verfahren und den überlegungen der Renormierungsgruppe, hat sich sich am Beispiel der Physik der Hochtemperatur-Supraleiter als sehr tragfähig erwiesen. Die numerischen Simulationen reproduzieren bei den behandelten Modelle eine Reihe wichtiger experimenteller Daten. Die Grundlage für eine künftige weitere schrittweise Erweiterung des Modells wurde so geschaffen. Eine offene Frage ist z.B. die Restaurierung der SO(5)-Symmetrie an einem multi-kritischen Punkt, wenn die längerreichweitigen Wechselwirkungen mit in das Modell einbezogen sind. N2 - This thesis contains two major parts: The first part introduces the reader into three independent concepts of treating strongly correlated many body physics. These are, on the analytical side the SO(5)-theory (Chap.3), which poses the general frame. On the numerical side these are the Stochastic Series Expansion (SSE) (Chap.1) and the Contractor Renormalization Group (CORE) approach (Chap. 2}). The central idea of this thesis was to combine these above concepts, in order to achieve a better understanding of the high-T_c superconductors (HTSC). The results obtained by this combination can be found in the second major part of this thesis (chapters 4 and 5). The main idea of this thesis, i.e., to combine the SO(5)-theory with the capabilities of bosonic Quantum-Monte Carlo simulations and those of the CORE approach, has been proven to be a very successful Ansatz. Two different approaches, one based on symmetry and one on renormalization-group arguments, motivate an effective bosonic Hamiltonian. In a subsequent step the effective Hamiltonian has been simulated efficiently using the SSE. The results reproduce salient experiments on high-T_c superconductors. In addition, it has been shown that the model can be extended to capture also charge ordering. These results also form a profound basis for further studies, for example one could address the open question of SO(5)-symmetry restoration at a multicritical point in the extended pSO(5) model, where longer ranged interactions are included. KW - Hochtemperatursupraleitung KW - Simulation KW - Numerisches Verfahren KW - Supraleitung KW - Antiferromagnetismus KW - Ladungsordung KW - Kuprat-Supraleiter KW - SO(5)-Theorie der Supraleitung KW - superconductivity KW - antiferromagnetism KW - charge density waves KW - cuprate-superconductor KW - SO(5)-theory of superconductivity Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-13036 ER - TY - THES A1 - Brunner, Raimund T1 - Analyse optischer Heterodynsignale zur dynamischen Charakterisierung von Diodenlasern T1 - Analysis of optical heterodyne signals for dynamical characterization of laser diodes N2 - Die stetige Degradation von Halbleiterlasern, speziell bei Bleichalkogenidlasern, erfordert in spektroskopischen Systemen eine regelmäßige Überwachung typischer Eigenschaften wie Abstimmcharakteristik und Linienbreite. Im Hinblick auf einen möglichst hohen Automatisierungsgrad wird langfristig eine Online-Analysemethode zur Überwachung notwendig sein. Die üblicherweise verwendete Methode, den Laserarbeitspunkt über zugrunde liegende Modenkarten einzustellen, hat den gravierenden Nachteil, dass solche Modenkarten in der Regel nicht unter dynamischen Modulationsbedingungen vermessen wurden. Gerade im dynamischen Fall sind diese Karten empfindlich abhängig gegenüber Veränderungen durch Zyklieren und Degradieren des Lasers. Etalons (Etalonsignale) sind bezüglich der Abstimmcharakteristik nicht zuverlässig genug und von daher für eine wünschenswerte Automatisierung nicht ausreichen. Modensprünge oder schwache Rückkopplungseffekte lassen sich im Interferogramm nicht ohne weiteres identifiziert. Eine erweiterte Analyse der Störungen dieser Interferogramme im Zeit-Frequenzbereich mittels einer AOK(Adaptive Optimal Kernel)-Transformation erwies sich speziell bei Signalen mit wenigen Perioden als deutlich aussagekräftiger. Mittels optischer Homodynmischung wurde die Linienbreite von Bleichalkogenidlasern ermittelt. Bei inkohärenter Überlagerung entspricht die spektrale Verteilung der Mischung der Faltung der ursprünglichen Verteilung mit sich selbst. Der Laser wird dabei nicht abgestimmt, die optische Laufzeitverzögerung wurde mittels integrierter White-Zelle realisiert. Es wurde beobachtet, dass je nach Grad des Rauschens des Injektionsstroms, das Linienbreitenprofil von Lorentz nach Gauß überging. Mit einem externen CO2-Laser als lokalen Oszillator wurden Heterodynmessungen durchgeführt. Die Linienbreite eines CO2-Lasers ist mit wenigen kHz im Vergleich zu derjenigen eines Bleichalkogenidlasers vernachlässigbar und die Überlagerung erfolgt absolut inkohärent. Gemessen wurden spektrale Verteilungen mit typischem Lorentzprofil von 10 MHz bis zu 100 MHz und darüber hinaus. Auffällig waren häufig symmetrische Nebenpeaks, die in den Bereichen der Seitenflanken des Lorentzprofils auftraten. Anhand einer numerischen Simulation eines Modells einer Laserdiode, basierend auf Ratengleichungen mit für Bleichalkogenidlasern typischen Parameterwerten, konnte verdeutlicht werden, dass sich durch das nichtlineare Lasermodell ausgeprägte Vielfache von Resonanzen bereits im Abstand von 25 MHz ausbilden können. Derartige Resonanzen tauchen im E-Feld-Spektrum als typische Relaxationsoszillationen in den Seitenbändern wieder auf und erklären die in der Messung beobachteten Nebenpeaks innerhalb der spektralen Verteilung. Die Stärke der Seitenbänder ist ein Maß für die Korrelation zwischen Phasen- und Amplitudenfluktuationen. Das Modell für die numerische Berechnung des E-Feldes wurde mit einem thermischen Verhalten erweitert. Eine umfassende Charakterisierungsmethode zur automatisierten Einstellung eines modulierten Lasersystems muss dynamisch und zeitaufgelöst erfolgen. Die Auswertung optischer Mischfrequenzen beschränkt sich dabei nicht mehr auf die direkte Interpretation von einzelnen Spektren, sondern erweitert sich auf die Analyse im Zeit-Frequenzraum. Für eine direkte und schnelle Zeitfrequenztransformation bietet sich ein „Gefensterte Fouriertransformation“ (STFT) an, die sich außerdem relativ einfach in moderne Signalprozessortechnik implementieren lässt. Sie erweist sich als sehr robust und für die hier erforderliche Analyse von Heterodynsignalen als ausreichend. Mit der Festlegung des Analysefensters innerhalb einer STFT ist die Auflösung in Zeit und Frequenz fest definiert. Analysen von Mischsignalen mit einer kontinuierlichen Wavelettransformation haben vergleichsweise gezeigt, dass Details im Zeitfrequenzraum zwar besser herausgearbeitet werden können, jedoch ist der Rechenaufwand durch die variable Skalierung und somit stark redundante Analyse und ihre Darstellung unverhältnismäßig größer. Eine Analyse des Linienbreitenprofils erfolgt dabei über die Entwicklung der Skalierung eines Signals. Die über Heterodynsignale ermittelte effektive Linienbreite bei einer modulierten Abstimmung sollte eher als „dynamische“ oder „intrinsische“ Laserlinienbreite bezeichnet werden. Eine direkte Korrelation der Frequenzvariation des Lasers mit dem Stromrauschen des Injektionsstroms ist offensichtlich. Die wirksame Bandbreite des Stromrauschens wird durch die Systemelektronik einerseits und die Modulationsbandbreite des Lasers andererseits begrenzt. Außer den wichtigen Parametern wie Abstimmung und Linienbreite lassen sich über die dynamische Zeitfrequenzanalyse von Heterodynsignalen darüber hinaus weitere Phänomene wie Rückkopplung, Modenüberlagerung oder Einschwingverhalten aufgrund direkter Kopplung zwischen Intensitäts­ und Frequenzmodulation beobachten. N2 - The continual degradation of semiconductor lasers, in particular with lead-chalcogenide lasers, requires a regular monitoring of typical characteristics such as tuning characteristics and linewidth. Considering a system requiring with a high degree of automation an online method of analysis will be required. The common used method of determining the laser operating point based on the mode charts does have the major disadvantage that the mode charts are based on dc current operation. In particular in the case of dynamic operation the mode emission is very sensitive to the temperature cycling history and resultant degradation of the device. Considering the tuning characteristics etalon signals are not reliable enough and are therefore not suitable for an automatic tuning system. Mode hops or weak feedback effects cannot be easily identified by such kind of interferogram. Further analysis of interference of etalon signals in time frequency domain using AOK (adaptive optimal kernel) transformation provided significant results particularly for signals of a low periodic nature. The linewidth of our laser diode source was determined using an optical homodyne mixing technique. In a non-coherent condition this spectral distribution of the mixing corresponds to the convolution of the original distribution with itself. The laser was not tuned and the necessary optical delay was realized by an integrated optical white cell. It could be clearly observed that depending on the level of laser injection noise current, the spectral profile changed from the Lorentzian to the Gaussian form. Heterodyne measurements using a CO2 laser as a local oscillator were carried out. The linewidth of CO2 laser with a few kHz is negligible in comparison with that of a lead-chalcogenide laser, the superposition is absolutely incoherent. Typical linewidths were measured with a Lorentzian profile from 10 MHz up to 100 MHz and above. In many cases symmetrical sidebands were noticed close to the main Lorentzian emission profile. With numerical simulations based on rate equations using typical values for lead- chalcogenide laser diodes, it could be shown that due to the nonlinearity of the laser model a number of harmonic resonance frequencies occur in intervals as low as 25 MHz from the main emission frequency. These kind of resonances can be detected in the E-field spectrum as typical relaxation oscillations and therefore explain the observed sidebands within the spectral distribution. The sideband magnitude is a measure of the correlation between phase and amplitude fluctuations. The model for the numerical calculation of the E-field was extended by including the effects of thermal behaviour. For an automated spectrometer system a comprehensive method of laser characterization will be necessary. They are based on a dynamical time resolved analysis of the optical mixing signals. The evaluation of this signals are not only concerned with the direct interpretation of the individual spectra but are also extended to include a time frequency domain analysis. A suitable method for and direct and rapid time-frequency transformation is the Short-Time-Fourier-Transform (STFT), which can be also relatively easily implemented using modern signal processing techniques. This method used proved to be quiet robust for the required analysis of heterodyne signals. By choosing a particular type of analysis window the STFT is defined in time and frequency resolution. Analysis of heterodyne signals with a continuous wavelet transformation has shown in comparison that fine signal details could be better extracted but increased computing time for redundant representation can not be justified in this case. Determination of the linewidth in the frequency domain is performed by interpretation the frequency scaling variation with time. Linewidth parameters derived from the heterodyne signals under modulated laser tuning should rather be called the ‘dynamic’ or ‘intrinsic’ laser linewidth. A direct correlation of laser frequency variation with the injection current noise is obviously. The effective bandwidth of the current noise is on the one hand limited by the system electronics and on the other hand on the modulation bandwidth of the laser. Apart from the most important parameters such as tuning and linewidth, various other phenomena such as optical feedback, mode superposition or transient response behaviour due to the direct relationship between frequency and intensity modulation can also be observed. KW - Laserdiode KW - Abstimmung KW - Linienbreite KW - Heterodynspektroskopie KW - Halbleiterlaser KW - Heterodyn KW - Abstimmung KW - Linienbereite KW - Zeitfrequenzanalyse KW - semiconductor laser KW - heterodyne mixing KW - laser tuning KW - linewidth KW - time frequency analysis Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-17195 ER - TY - THES A1 - Csallner, Sigrun T1 - Produktion und Nachweis schwerer Selektronen T1 - Production and Decay of Heavy Selectrons N2 - Wir studieren die Produktion und den Nachweis von Selektronen mit Massen jenseits der Schwelle zur Paarerzeugung an künftigen Linearbeschleunigern mit Schwerpunktsenergien von 500 GeV und 800 GeV. Hierzu betrachten wir die Produktion von linken und rechten Selektronen in Assoziation mit dem jeweils leichtesten Neutralino oder Chargino durch Elektron-Elektron-, Elektron-Positron- und Elektron-Photon-Streuung im Rahmen des MSSM. Die Produktion durch Elektron-Elektron-Streuung untersuchen wir zusätzlich in zwei erweiterten Modellen, dem NMSSM und einem E6-Modell mit einem zusätzlichen U(1)-Eichfaktor. N2 - We investigate the production and the decay of selectrons with masses beyond the threshold for pair production at future linear colliders with center-of-mass energies of 500 GeV and 800 GeV. For this we study the production of left and right selectrons in association with the lightest neutralino or chargino, respectively, via electron-electron, electron-positron and electron-photon scattering in the framework of the MSSM. Furthermore we analyse the production via electron-electron scattering in two extended models, the NMSSM and an E6-model with an additional U(1) gauge factor. KW - Linearbeschleuniger KW - Elektron-Elektron-Streuung KW - Supersymmetrie KW - Selektron KW - Supersymmetrie KW - Linearbeschleuniger KW - erweiterte Modelle KW - Elektron-Elektron-Streuung KW - selectron KW - supersymmetry KW - linear collider KW - extended models KW - electron-electron scattering Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-22433 ER - TY - THES A1 - Bretz, Thomas T1 - Observations of the Active Galactic Nucleus 1ES1218+304 with the MAGIC-telescope T1 - Beobachtung des aktiven Galaxienkerns 1ES1218+304 mit dem MAGIC-Teleskop N2 - The astronomical exploration at energies between 30\,GeV and $\lesssim$\,350\,GeV was the main motivation for building the \MAGIC-telescope. With its 17\,m \diameter\ mirror it is the worldwide largest imaging air-Cherenkov telescope. It is located at the Roque de los Muchachos at the Canary island of San Miguel de La Palma at 28.8$^\circ$\,N, 17.8$^\circ$\,W, 2200\,m a.s.l. The telescope detects Cherenkov light produced by relativistic electrons and positrons in air showers initiated by cosmic gamma-rays. The imaging technique is used to powerfully reject the background due to hadronically induced air showers from cosmic rays. Their inverse power-law energy-distribution leads to an increase of the event rate with decreasing energy threshold. For \MAGIC this implies a trigger rate in the order of 250\,Hz, and a correspondingly large data stream to be recorded and analyzed. A robust analysis software package, including the general framework \MARS, was developed and commissioned to allow automation, necessary for data taken under variable observing conditions. Since many of the astronomical sources of high-energy radiation, in particular the enigmatic gamma-ray bursts, are of a transient nature, the telescope was designed to allow repositioning in several tens of seconds, keeping a tracking accuracy of $\lesssim\,$0.01$^\circ$. Employing a starguider, a tracking accuracy of $\lesssim\,$1.3\,minutes of arc was obtained. The main class of sources at very high gamma-ray energies, known from previous imaging air-Cherenkov telescopes, are Active Galactic Nuclei with relativistic jets, the so-called high-peaked Blazars. Their spectrum is entirely dominated by non-thermal emission, spanning more than 15 orders of magnitude in energy, from radio to gamma-ray energies. Predictions based on radiation models invoking a synchrotron self-Compton or hadronic origin of the gamma-rays suggest, that a fairly large number of them should be detectable by \MAGIC. Promising candidates have been chosen from existing compilations, requiring high (synchrotron) X-ray flux, assumed to be related to a high (possibly inverse-Compton) flux at GeV energies, and a low distance, in oder to avoid strong attenuation due to pair-production in interactions with low-energy photons from the extragalactic background radiation along the line of sight. Based on this selection the first \AGN, emitting gamma-rays at 100\,GeV, 1ES\,1218+304 at a redshift of $z=0.182$, was discovered, one of the two farthest known \AGN emitting in the TeV energy region. In this context, the automated analysis chain was successfully demonstrated. The source was observed in January 2005 during six moonless nights for 8.2\,h. At the same time the collaborating \KVA-telescope, located near the \MAGIC site, observed in the optical band. The lightcurve calculated showed no day-to-day variability and is compatible with a constant flux of $F($\,$>$\,$100\,\mbox{GeV})=(8.7\pm1.4) \cdot 10^{-7}\,\mbox{m}^{-2}\,\mbox{s}^{-1}$ within the statistical errors. A differential spectrum between 87\,GeV and 630\,GeV was calculated and is compatible with a power law of $F_E(E) = (8.1\pm 2.1) \cdot 10^{-7}(E/\mbox{250\,GeV})^{-3.0\pm0.4}\,\mbox{TeV}^{-1}\,\mbox{m}^{-2}\,\mbox{s}^{-1}$ within the statistical errors. The spectrum emitted by the source was obtained by taking into account the attenuation due to pair-production with photons of the extragalactic background at low photon energies. A homogeneous, one-zone synchrotron self-Compton model has been fitted to the collected multi-wavelength data. Using the simultaneous optical data, a best fit model could be obtained from which some physical properties of the emitting plasma could be inferred. The result was compared with the so-called {\em Blazar sequence}. N2 - Die wesentliche Motivation zum Bau des \MAGIC-Teleskops war die Untersuchung astronomischer Objekte zwischen 30\,GeV und $\lesssim$\,350\,GeV. Mit einem 17\,m \diameter\ Spiegel ist es das weltweit gr"o"ste abbildende Luft-Cherenkov Teleskop. Es steht auf der Kanarischen Insel San Miguel de La Palma auf dem Roque de los Muchachos. Das Teleskop detektiert Cherenkov Licht von Elektronen und Positron aus Luftschauern, erzeugt von kosmischer Gammastrahlung. Die abbildende Technik ist das Hauptmerkmal einer guten Unterdr"uckung des Untergrundes, der haupts"achlich aus Luftschauern der kosmischen Strahlung besteht. Ihre Energieverteilung, beschrieben durch ein steil abfallendes Potenzgesetz, f"uhrt zu einem starken Anstieg der Ereignisrate bei sinkender Energieschwelle. F"ur \MAGIC bedeutet das Raten von etwa 250\,Hz, was zu einem gro"sen Datenstrom f"uhrt, der verarbeitet werden muss. Dazu wurde eine robuste Analyse Software, einschlie"slich des Grundger"ustes \MARS, entwickelt und ihre Anwendung automatisiert. Dies ist n"otig um wechselnde Beobachtungsbedingungen ber"ucksichtigen zu k"onnen. Da viele Quellen von Hochenergie Gammastrahlen, insbesondere die r"atselhaften {\em Gamma-Ray Bursts}, stark ver"anderliche Ph"anomene sind, wurde das Teleskop so ausgelegt, dass es Neuausrichtungen innerhalb weniger Sekunden erm"oglicht, und trotzdem eine Nachf"uhrgenauigkeit von $\lesssim\,$0.01$^\circ$ erreicht, die mit einem {\em Starguider} auf $\lesssim\,$1.3$'$ verbessert wird. %Dies wird erreicht durch den Vergleich %eines von einer \CCD-Kamera aufgenommenen Sternenfeldes mit dem %aus Sternenkatalogen berechneten. Die wichtigsten Quellen sehr hochenergetischer Gammastrahlung sind Aktive Galaktische Kerne mit relativistischen Jets, die sog.\ {\em high-peaked Blazars}. Ihr Spektrum erstreckt sich "uber mehr als 15 Gr"o"senordnungen, vom Radio- bis zum Gammabereich, und ist vollst"andig durch nicht-thermische Strahlung dominiert. Modelle, die {\em synchrotron selbst-Compton} Strahlung oder Strahlung aus hadroninduzierten Kaskaden zu Grunde legen, sagen voraus, dass eine gro"se Anzahl dieser Quellen von \MAGIC zu detektieren sein m"ussten. Vielversprechende Kandidaten wurden aus existierenden Katalogen ausgesucht mit der Anforderung eines gro"sen R"ontgenflusses (Synchrotronstrahlung), von dem erwartet wird, dass er einen gro"sen Fluss bei GeV-Energien zur Folge hat. Au"serdem wurden nur nahe Quellen ausgew"ahlt um nicht von der Abschw"achung des Flusses durch Paarbildung an der extragalaktischen Hintergrundstrahlung entlang der Sichtlinie betroffen zu sein. Basierend auf dieser Auswahl wurde zum ersten Mal Gammastrahlung von 100\,GeV bei einem \AGN (1ES\,1218+304,$z=0.182$) nachgewiesen. Hierbei wurde die automatische Analysekette erfolgreich demonstriert. Die Quelle wurde im Januar 2005 w"ahrend sechs mondloser N"achte 8.2 Stunden lang beobachtet. Zeitgleich wurden Daten im optischen Bereich vom mitarbeitenden \KVA-Teleskop aufgenommen. Die berechnete Lichtkurve ist innerhalb der statistischen Fehler mit einem konstanten Fluss von $F($\,$>$\,$100\,\mbox{GeV})=(8.7\pm1.4)\cdot 10^{-7}\,\mbox{m}^{-2}\,\mbox{s}^{-1}$ vertr"aglich. Das differentielle Spektrum wurde zwischen 87\,GeV und 630\,GeV bestimmt und ist innerhalb der statistischen Fehler mit einem Potenzgesetz $F_E(E)=(8.1\pm 2.1)\cdot10^{-7}\,(E/\mbox{250\,GeV})^{-3.0\pm0.4}\,\mbox{TeV}^{-1}\,\mbox{m}^{-2}\,\mbox{s}^{-1}$ vereinbar. Daraus wurde das von der Quelle emittierte Spektrum errechnet, indem die Paarbildung am extragalaktischen Hintergrund entlang der Sichtlinie ber"ucksichtigt wurde. An das resultierende Spektrum und weitere gesammelte Multiwellenl"angendaten wurde ein homogenes einzonen {\em synchrotron selbst-Compton} Modell angepasst. Unter Ber"ucksichtigung der zeitgleichen optischen Daten konnten physikalische Gr"o"sen des emittierenden Plasma bestimmt werden. Das Resultat wurde mit der sog.\ {\em Blazar-Sequenz} verglichen. KW - Aktiver galaktischer Kern KW - Čerenkov-Zähler KW - Gammaastronomie KW - Gigaelektronenvoltbereich KW - AGN KW - 1ES1218+304 KW - MAGIC KW - IACT KW - SED KW - AGN KW - 1ES1218+304 KW - MAGIC KW - IACT KW - SED Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-19240 ER - TY - THES A1 - Ruttor, Andreas T1 - Neural Synchronization and Cryptography T1 - Neuronale Synchronisation und Kryptographie N2 - Neural networks can synchronize by learning from each other. For that purpose they receive common inputs and exchange their outputs. Adjusting discrete weights according to a suitable learning rule then leads to full synchronization in a finite number of steps. It is also possible to train additional neural networks by using the inputs and outputs generated during this process as examples. Several algorithms for both tasks are presented and analyzed. In the case of Tree Parity Machines the dynamics of both processes is driven by attractive and repulsive stochastic forces. Thus it can be described well by models based on random walks, which represent either the weights themselves or order parameters of their distribution. However, synchronization is much faster than learning. This effect is caused by different frequencies of attractive and repulsive steps, as only neural networks interacting with each other are able to skip unsuitable inputs. Scaling laws for the number of steps needed for full synchronization and successful learning are derived using analytical models. They indicate that the difference between both processes can be controlled by changing the synaptic depth. In the case of bidirectional interaction the synchronization time increases proportional to the square of this parameter, but it grows exponentially, if information is transmitted in one direction only. Because of this effect neural synchronization can be used to construct a cryptographic key-exchange protocol. Here the partners benefit from mutual interaction, so that a passive attacker is usually unable to learn the generated key in time. The success probabilities of different attack methods are determined by numerical simulations and scaling laws are derived from the data. If the synaptic depth is increased, the complexity of a successful attack grows exponentially, but there is only a polynomial increase of the effort needed to generate a key. Therefore the partners can reach any desired level of security by choosing suitable parameters. In addition, the entropy of the weight distribution is used to determine the effective number of keys, which are generated in different runs of the key-exchange protocol using the same sequence of input vectors. If the common random inputs are replaced with queries, synchronization is possible, too. However, the partners have more control over the difficulty of the key exchange and the attacks. Therefore they can improve the security without increasing the average synchronization time. N2 - Neuronale Netze, die die gleichen Eingaben erhalten und ihre Ausgaben austauschen, können voneinander lernen und auf diese Weise synchronisieren. Wenn diskrete Gewichte und eine geeignete Lernregel verwendet werden, kommt es in endlich vielen Schritten zur vollständigen Synchronisation. Mit den dabei erzeugten Beispielen lassen sich weitere neuronale Netze trainieren. Es werden mehrere Algorithmen für beide Aufgaben vorgestellt und untersucht. Attraktive und repulsive Zufallskräfte treiben bei Tree Parity Machines sowohl den Synchronisationsvorgang als auch die Lernprozesse an, so dass sich alle Abläufe gut durch Random-Walk-Modelle beschreiben lassen. Dabei sind die Random Walks entweder die Gewichte selbst oder Ordnungsparameter ihrer Verteilung. Allerdings sind miteinander wechselwirkende neuronale Netze in der Lage, ungeeignete Eingaben zu überspringen und so repulsive Schritte teilweise zu vermeiden. Deshalb können Tree Parity Machines schneller synchronisieren als lernen. Aus analytischen Modellen abgeleitete Skalengesetze zeigen, dass der Unterschied zwischen beiden Vorgängen von der synaptischen Tiefe abhängt. Wenn die beiden neuronalen Netze sich gegenseitig beeinflussen können, steigt die Synchronisationszeit nur proportional zu diesem Parameter an; sie wächst jedoch exponentiell, sobald die Informationen nur in eine Richtung fließen. Deswegen lässt sich mittels neuronaler Synchronisation ein kryptographisches Schlüsselaustauschprotokoll realisieren. Da die Partner sich gegenseitig beeinflussen, der Angreifer diese Möglichkeit aber nicht hat, gelingt es ihm meistens nicht, den erzeugten Schlüssel rechtzeitig zu finden. Die Erfolgswahrscheinlichkeiten der verschiedenen Angriffe werden mittels numerischer Simulationen bestimmt. Die dabei gefundenen Skalengesetze zeigen, dass die Komplexität eines erfolgreichen Angriffs exponentiell mit der synaptischen Tiefe ansteigt, aber der Aufwand für den Schlüsselaustausch selbst nur polynomial anwächst. Somit können die Partner jedes beliebige Sicherheitsniveau durch geeignete Wahl der Parameter erreichen. Außerdem wird die effektive Zahl der Schlüssel berechnet, die das Schlüsselaustauschprotokoll bei vorgegebener Zeitreihe der Eingaben erzeugen kann. Der neuronale Schlüsselaustausch funktioniert auch dann, wenn die Zufallseingaben durch Queries ersetzt werden. Jedoch haben die Partner in diesem Fall mehr Kontrolle über die Komplexität der Synchronisation und der Angriffe. Deshalb gelingt es, die Sicherheit zu verbessern, ohne den Aufwand zu erhöhen. KW - Neuronale Netze KW - Synchronisation KW - Kryptographie KW - Statistische Physik KW - Nichtlineare Dynamik KW - neural networks KW - synchronization KW - cryptography KW - statistical physics KW - nonlinear dynamics Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-23618 ER - TY - THES A1 - Pfannes, Jan M. M. T1 - Explosions of Rotating White Dwarfs T1 - Explosionen rotierender Weißer Zwergsterne N2 - The impact of rapid rotation of the supernova progenitor star (white dwarf) on its explosion (type Ia supernova) is investigated. Different explosion mechanisms are employed. N2 - Die Auswirkung schneller Rotation des Supernova-Vorläufersterns (Weißer Zwergstern) auf die Explosion (Typ Ia Supernova) dessen wird unter verschiedenen Explosionsmechanismen untersucht. KW - Weißer Zwerg KW - Sternrotation KW - Explosion KW - Typ Ia Supernova KW - Rotation KW - turbulente Deflagration KW - Detonation KW - numerical hydrodynamics KW - Type Ia Supernova KW - rotation KW - turbulent deflagration KW - detonation KW - numerical hydrodynamics Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-20872 ER - TY - THES A1 - Brünger, Christian T1 - Numerical Studies of Quantum Spin Systems T1 - Numerische Untersuchungen von Quanten-Spin-Systemen N2 - Der erste Teil der Arbeit widmet sich der Untersuchung des Bilayer-Heisenberg-Modells und des zweidimensionalen Kondo-Necklace-Modells. Beide Modelle weisen einen Quantenphasenübergang zwischen einer geordneten und einer ungeordneten Phase auf. In dieser Arbeit richtet sich das Interesse insbesondere auf die Kopplung der kritischen Fluktuationen an ein in das System eingebundenes Loch. Mittels eines selbstkonsistenten Born'schen Näherungsverfahrens wird gezeigt, dass das Loch mit den Magnonen derart wechselwirkt, dass dessen Quasiteilchengewicht am quantenkritischen Punkt verschwindet. Um diesen Aspekt weiter zu untersuchen, wird das Verhalten des Quasiteilchengewichts im Bereich der kritischen Kopplung auch mit Quanten-Monte-Carlo-Methoden analysiert. Desweiteren werden die dynamischen Eigenschaften des Loches im magnetischen Hintergrund untersucht. Im zweiten Teil dieser Arbeit gilt das Interesse der Untersuchung des Spiral-Staircase-Heisenberg-Modells. Dieses besteht aus zwei, zu einer Spinleiter ferromagnetisch gekopplten Spin-1/2-Ketten, wobei die antiferromagnetische Kopplung innerhalb der zweiten Kette durch Windung der Leiter variiert werden kann. Dieses Model eignet sich, den Übergang zwischen einer Spin-1/2-Kette ohne Spinlücke und einer Spin-1-Kette mit Spinlücke zu studieren. Besondere Beachtung ist dem Öffnen der Spinlücke in Abhängigkeit der ferromagnetischen Kopplung zwischen den Leiterbeinen geboten. Es stellt sich heraus, dass das System, abhängig von der Leiterwindung, wesentliche Unterschiede im Skalierungsverhalten der Spinlücke aufweist. Desweiteren wird mittels der String-Order-Parameter gezeigt, dass das Spiral-Staircase-Heisenberg-Modell trotz des unterschiedlichen Skalierungsverhaltens der Spinlücke und unabhängig von der Wahl der Parameter sich stets in der Haldane-Phase befindet. Die Analyse der Modelle bedient sich hauptsächlich Quanten-Monte-Carlo-Methoden, aber auch exakter Diagonalisierungstechniken, sowie auf Molekularfeldnäherungen gestützten Rechnungen. N2 - In a first part the bilayer Heisenberg Model and the 2D Kondo necklace model are studied. Both models exhibit a quantum phase transition between an ordered and disordered phase. The question is addressed to the coupling of a single doped hole to the critical fluctuations. A self-consistent Born approximation predicts that the doped hole couples to the magnons such that the quasiparticle residue vanishes at the quantum critical point. In this work the delicate question about the fate of the quasiparticle residue across the quantum phase transition is also tackled by means of large scale quantum Monte Carlo simulations. Furthermore the dynamics of a single hole doped in the magnetic background is investigated. In the second part an analysis of the spiral staircase Heisenberg ladder is presented. The ladder consists of two ferromagnetic coupled spin-1/2 chains, where the coupling within the second chain can be tuned by twisting the ladder. Within this model the crossover between an ungapped spin-1/2 system and a gapped spin-1 system can be studied. In this work the emphasis is on the opening of the spin gap with respect to the ferromagnetic rung coupling. It is shown that there are essential differences in the scaling behavior of the spin gap depending on the twist of the model. Moreover, by means of the string order parameter it is shown, that the system remains in the Haldane phase within the whole parameter range although the spin gap scales differently. The tools which are used for the analyses are mainly large scale quantum Monte Carlo methods, but also exact diagonalization techniques as well as mean field approaches. KW - Spinsystem KW - Quanten-Monte Carlo KW - QMC KW - Spiral-Staircase-Heisenberg-Modell KW - Quantum Monte Carlo KW - Spiral Staircase Heisenberg Model KW - SSHL Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-26439 ER - TY - THES A1 - Zeiner, Jörg T1 - Noncommutative Quantumelectrodynamics from Seiberg-Witten Maps to All Orders in Theta T1 - Nicht-kommutative Quantenelektrodynamik von Seiberg-Witten Abbildungen in allen Ordnungen in Theta N2 - The basic question which drove our whole work was to find a meaningful noncommutative gauge theory even for the time-like case ($\theta^{0 i} \neq 0$). In order to be able to tackle questions regarding unitarity, it is not sufficient to consider theories which include the noncommutative parameter only up to a finite order. The reason is that in order to investigate tree-level unitarity or the optical theorem in loops one has to know the behavior of the noncommutative theory for center-of-mass energies much greater than the noncommutative scale. Therefore an effective theory, that is by construction only valid up to the noncommutative scale, isn't sufficient for our purpose. Our model is based on two fundamental assumptions. The first assumption is given by the commutation relations \eqref{eq:ncalg}. This led to the Moyal-Weyl star-product \eqref{eq:astproduct2} which replaces all point-like products between two fields. The second assumption is to assume that the model built this way is not only invariant under the noncommutative gauge transformation but also under the commutative one. In order to obtain an action of such a model one has to replace the fields by their appropriate \swms. We chose the gauge fixed action \eqref{eq:actioncgf} as the fundamental action of our model. After having constructed the action of the NCQED including the {\swms} we were confronted with the problem of calculating the {\swms} to all orders in $\tMN$. By means of \cite{bbg} we could calculate the {\swms} order by order in the gauge field, where each order in the gauge field contains all orders in the noncommutative parameter (\cf chapter \ref{chapter:swms}). By comparing the maps with the result we obtained from an alternative ansatz \cite{bcpvz}, we realized that already the simplest {\swm} for the gauge field is not unique. In chapter \ref{chapter:ambiguities} we examined this ambiguity, which we could parametrised by an arbitrary function $\astf$. The next step was to derive the Feynman rules for our NCQED. One finds that the propagators remain unchanged so that the free theory is equal to the commutative QED. The fermion-fermion-photon vertex contains not only a phase factor coming from the Moyal-Weyl star-product but also two additional terms which have their origin in the \swms. Beside the 3-photon vertex which is already present in NCQED without {\swms} and which has also additional terms coming from the \swms, too, one has a contact vertex which couples two fermions with two photons. After having derived all the vertices we calculated the pair annihilation scattering process $e^+ e^- \rightarrow \gamma \gamma$ at Born level. By choosing the parameter $\kggg = 1$ (\cf section \ref{sec:represent}), we found that the amplitude of the pair annihilation process becomes equal to the amplitude of the NCQED without \swms. This means that, at least for this process, the NCQED excluding {\swms} is only a special case of NCQED including \swms. On the basis of the pair annihilation process, we afterwards investigated tree-level unitarity. In order to satisfy the tree-level unitarity we had to constrain the arbitrary function $\astf$. We found that the series expansion of $\astf$ has to start with unity. In addition, the even part of the function must not increase faster than $s^{-1/2} \log(s)$ for $s \rightarrow \infty$, whereas the odd part of the $\astf$-function can't be constrained, at least by the process we considered. By assuming these constrains for the $\astf$-function, we could show that tree-level unitarity is satisfied if one incorporates the uncertainties present in the energy and the momenta of the scattered particles, \ie the uncertainties of the center-of-mass energy and the scattering angles. This uncertainties are not exclusively present due to the finite experimental resolution. A delta-like center-of-mass energy as well as delta-like momenta are in general not possible because the scattered particles are never exact plane waves. N2 - Die wichtigste Motivation dieser Arbeit war es eine nichtkommutative Erweiterung der Quantenelektrodynamik (QED) zu entwickeln, die auch für eine zeitartige Nichtkommutativität, das heißt Nichtvertauschbarkeit von Orts und Zeit Koordinaten, physikalisch interpretierbar bleibt. Unser Modell basiert im Wesentlichen auf zwei Annahmen. Die erste Annahme hat mit der Raumzeit selbst zu tun und ist der Grund warum man von "nichtkommutativen" Theorien spricht. Wir fordern, dass zwei Raumzeitkoordinaten nicht mehr miteinander kommutieren sollen. Diese nichtkommutative Raumzeit kann man nun dadurch realisieren, dass man in einer gegebenen Wirkung alle Punktprodukte durch Moyal-Weyl Sternprodukte ersetzt. Die nach dieser Ersetzung erhaltene Wirkung ist dann nicht mehr invariant unter der ursprünglichen, sondern unter der nichtkommutativen Eichtransformation. In der zweite Annahme fordern wir, dass eben diese nichtkommutative Wirkung, die wir erhalten haben, nicht nur invariant unter nichtkommutativen sondern auch unter den gewöhnlichen Eichtransformationen sein soll. Dass die letzte Forderung tatsächlich Sinn macht und eine Wirkung existiert, die invariant unter beiden Eichtransformationen ist, zeigten Seiberg und Witten. Der Grund warum man die zweite Annahme fordert, liegt auf der Hand. Man erhält eine nichtkommutative Eichtheorie, die aber die kommutativen Eichstrukturen aufweist. Um der zweiten Annahme zu genügen, muss man die Felder in der nichtkommutativen Wirkung durch die sogenannten Seiberg-Witten Abbildungen ersetzen. Nachdem man diese Wirkung eichfixiert hat, erhält man die Wirkung, auf der unser Modell basiert. Wir wollen in dieser Arbeit das Hochenergieverhalten dieses Modells untersuchen. Deswegen ist es für unsere Zwecke nicht ausreichend, wenn die Wirkung nur bis zu einer endlichen Ordnung im nichtkommutativen Parameter $\tMN$ entwickelt ist. Wir benötigen eine Wirkung, in der alle Ordnungen von $\tMN$ resummiert sind. Das Moyal-Weyl Sternprodukt ist in allen Ordnungen in $\tMN$ bekannt. Das Problem vor dem wir standen war es, die benötigten Seiberg-Witten Abbildungen in allen Ordungen im nichtkommutativen Parameter zu finden. Diesem Problem widmeten wir uns in Kapitel 3. Basierend auf der Arbeit von Barnich, Brandt and Grigoriev konnten wir diejenigen Seiberg-Witten Abbildungen in allen Ordnungen in $\tMN$ bestimmen, die nötig waren um den Streuprozess der Elektronen-Positronen Paar Vernichtung auf Born Niveau zu berechnen. Aber bevor wir diese Berechnung in Angriff nahmen, untersuchten wir in Kapitel 4 die Seiberg-Witten Abbildung für das Eichfeld. Es stellte sich nämlich heraus, dass die Seiberg-Witten Abbildungen im Allgemeinen nicht eindeutig sind. Wie wir feststellten, führen diese Mehrdeutigkeiten tatsächlich zu unterschiedlichen Streuquerschnitten und somit zu unterschiedlichen Observablen. Was auf den ersten Blick als Nachteil erscheinen mag, beinhaltet aber auch eine Chance. Man kann diese Mehrdeutigkeiten dazu benutzen, um ein physikalisch sinnvolles Modell zu erstellen. Basierend auf den Berechnungen aus Kapitel 3 und den Erkenntnissen aus Kapitel 4 bestimmten wir die Feynman Regeln, die zu diesem Modell gehören. Mit den Feynman Regeln berechneten wir dann in Kapitel 6 die Elektronen-Positronen Paar Vernichtung $e^- e^+ \rightarrow \gamma \gamma$ auf Born Niveau. Anhand dieses Streuprozesses untersuchten wir dann das Hochenergieverhalten (tree level unitarity) dieses Modells. Das Ergebnis war, dass das Modell, zumindest für diesen konkreten Prozess, "tree level" unitär ist, bzw. gemacht werden kann. Die Vorderung nach Unitarität schränkte die Mehrdeutigkeit der Seiberg-Witten Abbildung des Eichfeldes teilweise ein. Trotz dieser Einschränkung der Mehrdeutigkeit blieb der differentielle Wirkungsquerschnitt divergent für hohe Schwerpunktsenergien. Aber die eigentliche physikalische Observable, nämlich der integrierte Wirkungsquerschnitt, wird konstant. Das heißt, dass man die Unschärfe in der Schwerpunktsenergie als auch die Unschärfe in den Impulsen berücksichtigen muss, um einen Wirkungsquerschnitt zu erhalten, der "tree level" unitär ist. Wir haben somit in dieser Arbeit eine nichtkommutative abelsche Eichtheorie mit Seiberg-Witten Abbildungen entwickelt, die in allen Ordnungen im nichtkommutativen Parameter resummiert ist. Anhand des Prozesses der Elektronen-Positronen Paar Vernichtung konnten wir zeigen, dass dieses Modell "tree level" unitär ist. KW - Raum-Zeit KW - Quantenelektrodynamik KW - Nicht-kommutativ KW - Raumzeit KW - Seiberg-Witten-Abbildung KW - Quantenelektrodynamik KW - Noncommutative KW - Spacetime KW - Seiberg-Witten-Maps KW - Quantumelectrodynamics Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-23363 ER - TY - THES A1 - Alboteanu, Ana Maria T1 - The Noncommutative Standard Model : Construction Beyond Leading Order in Theta and Collider Phenomenology T1 - Das Nichtkommutative StandardmodellKonstruktion jenseits der führenden Ordnung in Theta und Phänomenologie an Teilchenbeschleunigern N2 - Trotz seiner präzisen Übereinstimmung mit dem Experiment ist die Gültigkeit des Standardmodells (SM) der Elementarteilchenphysik bislang nur bis zu einer Energieskala von einigen hundert GeV gesichert. Abgesehen davon erweist sich schon das Einbinden der Gravitation in einer einheitlichen Beschreibung aller fundamentalen Wechselwirkungen als ein durch gewöhnliche Quantenfeldtheorie nicht zu lösendes Problem. Das Interesse an Quantenfeldtheorien auf einer nichtkommutativen Raumzeit wurde durch deren Vorhersage als niederenergetischer Limes von Stringtheorien erweckt. Unabhängig davon, kann die Nichtlokalität einer solchen Theorie den Rahmen zur Einbeziehung der Gravitation in eine vereinheitlichende Theorie liefern. Die Hoffnung besteht, dass die Energieskala Lambda_NC, ab der solche Effekte sichtbar werden können und für die es einerlei theoretischen Vorhersagen gibt, schon bei der nächsten Generation von Beschleunigern erreicht wird. Auf dieser Annahme beruht auch die vorliegende Arbeit, im Rahmen deren eine mögliche Realisierung von Quantenfeldtheorien auf nichtkommutativer Raumzeit auf ihre phänomenologischen Konsequenzen hin untersucht wurde. Diese Arbeit ist durch fehlende LHC (Large Hadron Collider) Studien für nichkommutative Quantenfeldtheorien motiviert. Im ersten Teil des Vorhabens wurde der hadronische Prozess pp-> Z gamma -> l+l- gamma am LHC sowie die Elektron-Positron Paarvernichtung in ein Z-Boson und ein Photon am ILC (International Linear Collider) auf nichtkommutative Signale hin untersucht. Die phänomenlogischen Untersuchungen wurden im Rahmen dieses Modells in erster Ordnung des nichtkommutativen Parameters Theta durchgeführt. Eine nichtkommutative Raumzeit führt zur Brechung der Rotationsinvarianz bezüglich der Strahlrichtung der einlaufenden Teilchen. Im differentiellen Wirkungsquerschnitt für Streuprozesse äussert sich dieses als eine azimuthale Abhängigkeit, die weder im SM noch in anderen Modellen jenseits des SM auftritt. Diese klare, f\"ur nichtkommutative Theorien typische Signatur kann benutzt werden, um nichtkommutative Modelle von anderen Modellen, die neue Physik beschreiben, zu unterscheiden. Auch hat es sich erwiesen, dass die azimuthale Abhängigkeit des Wirkungsquerschnittes am besten daf\"ur geeignet ist, um die Sensitivität des LHC und des ILC auf der nichtkommutativen Skala $\Lnc$ zu bestimmen. Im phänomenologischen Teil der Arbeit wurde herausgefunden, dass Messungen am LHC für den Prozess pp-> Z gamma-> l+l- gamma nur in bestimmten Fällen auf nichtkommutative Effekte sensitiv sind. Für diese Fälle wurde für die nichtkommutative Energieskala Lambda_NC eine Grenze von Lambda_NC > 1.2 TeV bestimmt. Diese ist um eine Größenordnung höher als die Grenzen, die von bisherigen Beschleunigerexperimenten hergeleitet wurden. Bei einem zukünftigen Linearbeschleuniger, dem ILC, wird die Grenze auf Lambda_NC im Prozess e^+e^- -> Z gamma -> l^+ l^- gamma wesentlich erhöht (bis zu 6 TeV). Abgesehen davon ist dem ILC gerade der für den LHC kaum zugängliche Parameterbereich der nichtkommutativen Theorie erschlossen, was die Komplementarität der beiden Beschleunigerexperimente hinsichtlich der nichtkommutativen Parameter zeigt. Der zweite Teil der Arbeit entwickelte sich aus der Notwendigkeit heraus, den Gültigkeitsbereich der Theorie zu höheren Energien hin zu erweitern. Dafür haben wir den neutralen Sektor des nichtkommutativen SM um die nächste Ordnung in Theta ergänzt. Es stellte sich wider Erwarten heraus, dass die Theorie dabei um einige freie Parameter erweitert werden muss. Die zusätzlichen Parameter sind durch die homogenen Lösungen der Eichäquivalenzbedingungen gegeben, welche Ambiguit\"aten der Seiberg-Witten Abbildungen darstellen. Die allgemeine Erwartung war, dass die Ambiguitäten Feldredefinitionen entsprechen und daher in den Streumatrixelementen verschwinden m\"ussen. In dieser Arbeit wurde jedoch gezeigt, dass dies ab der zweiten Ordnung in Theta nicht der Fall ist und dass die Nichteindeutigkeit der Seiberg-Witten Abbildungen sich durchaus in Observablen niederschlägt. Die Vermutung besteht, dass jede neue Ordnung in Theta neue Parameter in die Theorie einführt. Wie weit und in welche Richtung die Theorie auf nichtkommutativer Raumzeit entwickelt werden muss, kann jedoch nur das Experiment entscheiden. N2 - Despite its precise agreement with the experiment, the validity of the standard model (SM) of elementary particle physics is ensured only up to a scale of several hundred GeV so far. Even more, the inclusion of gravity into an unifying theory poses a problem which cannot be solved by ordinary quantum field theory (QFT). String theory, which is the most popular ansatz for a unified theory, predicts QFT on noncommutative space-time as a low energy limit. Nevertheless, independently of the motivation given by string theory, the nonlocality inherent to noncommutative QFT opens up the possibility for the inclusion of gravity. There are no theoretical predictions for the energy scale Lambda_NC at which noncommutative effects arise and it can be assumed to lie in the TeV range, which is the energy range probed by the next generation of colliders. Within this work we study the phenomenological consequences of a possible realization of QFT on noncommutative space-time relying on this assumption. The motivation for this thesis was given by the gap in the range of phenomenological studies of noncommutative effects in collider experiments, due to the absence in the literature of Large Hadron Collider (LHC) studies regarding noncommutative QFTs. In the first part we thus performed a phenomenological analysis of the hadronic process pp -> Z gamma -> l^+l^- gamma at the LHC and of electron-positron pair annihilation into a Z boson and a photon at the International Linear Collider (ILC). The noncommutative extension of the SM considered within this work relies on two building blocks: the Moyal-Weyl star-product of functions on ordinary space-time and the Seiberg-Witten maps. The latter relate the ordinary fields and parameters to their noncommutative counterparts such that ordinary gauge transformations induce noncommutative gauge transformations. This requirement is expressed by a set of inhomogeneous differential equations (the gauge equivalence equations) which are solved by the Seiberg-Witten maps order by order in the noncommutative parameter Theta. Thus, by means of the Moyal-Weyl star-product and the Seiberg-Witten maps a noncommutative extension of the SM as an effective theory as expansion in powers of Theta can be achieved, providing the framework of our phenomenological studies. A consequence of the noncommutativity of space-time is the violation of rotational invariance with respect to the beam axis. This effect shows up in the azimuthal dependence of cross sections, which is absent in the SM as well as in other models beyond the SM. Thus, the azimuthal dependence of the cross section is a typical signature of noncommutativity and can be used in order to discriminate it against other new physics effects. We have found this dependence to be best suited for deriving the sensitivity bounds on the noncommutative scale Lambda_NC. By studying pp -> Z gamma -> l^+l^- gamma to first order in the noncommutative parameter Theta, we show in the first part of this work that measurements at the LHC are sensitive to noncommutative effects only in certain cases, giving bounds on the noncommutative scale of Lambda_NC > 1.2 TeV. Our result improved the bounds present in the literature coming from past and present collider experiments by one order of magnitude. In order to explore the whole parameter range of the noncommutativity, ILC studies are required. By means of e^+e^- -> Z gamma -> l^+l^- gamma to first order in Theta we have shown that ILC measurements are complementary to LHC measurements of the noncommutative parameters. In addition, the bounds on Lambda_NC derived from the ILC are significantly higher and reach Lambda_NC > 6 TeV. The second part of this work arose from the necessity to enlarge the range of validity of our model towards higher energies. Thus, we expand the neutral current sector of the noncommutative SM to second order in $\theta$. We found that, against the general expectation, the theory must be enlarged by additional parameters. The new parameters enter the theory as ambiguities of the Seiberg-Witten maps. The latter are not uniquely determined and differ by homogeneous solutions of the gauge equivalence equations. The expectation was that the ambiguities correspond to field redefinitions and therefore should vanish in scattering matrix elements. However, we proved that this is not the case, and the ambiguities do affect physical observables. Our conjecture is, that every order in Theta will introduce new parameters to the theory. However, only the experiment can decide to what extent efforts with still higher orders in Theta are reasonable and will also give directions for the development of theoretical models of noncommutative QFTs. KW - Feldtheorie KW - Proton-Proton-Streuung KW - Elektron-Positron-Streuung KW - Teilchenbeschleuniger KW - Feynman-Graph KW - Effektive Theorie KW - Monte-Carlo-Simulation KW - Seiberg-Witten Abbildung KW - nichtkommutative Raumzeit KW - Seiberg-Witten map KW - noncommutative space-time Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-24334 ER - TY - THES A1 - Karg, Stefan T1 - Calculations of multi-particle processes at the one-loop level: precise predictions for the LHC T1 - Berechnung von Vielteilchenprozessen auf Einschleifenniveau : präzise Vorhersagen für den Large Hadron Collider N2 - The Standard Model (SM) of elementary particle physics provides a uniform framework for the description of three fundamental forces, the electromagnetic and weak forces, describing interactions between quarks and leptons, and the strong force, describing a much stronger interaction between the coloured quarks. Numerous experimental tests have been performed in the last thirty years, showing a spectacular agreement with the theoretical predictions of the Standard Model, even at the per mille level, therefore validating the model at the quantum level. An important cornerstone of the Standard Model is the Higgs mechanism, which provides a possible explanation of electroweak symmetry breaking, responsible for the masses of elementary fermions and the W and Z bosons, the carriers of the weak force. This mechanism predicts a scalar boson, the Higgs boson, which has escaped its discovery so far. If the Higgs mechanism is indeed realised in nature, the upcoming Large Hadron Collider (LHC) at CERN will be able to find the associated Higgs boson. The discovery of a Higgs boson by itself is not sufficient to establish the Higgs mechanism, the basic ingredient being the Higgs potential which predicts trilinear and quartic couplings. These have to be confirmed experimentally by the study of multi-Higgs production. We therefore present a calculation of the loop-induced processes gg to HH and gg to HHH, and investigate the observability of multi-Higgs boson production at the LHC in the Standard Model and beyond. While the SM cross sections are too small to allow observation at the LHC, we demonstrate that physics beyond the SM can lead to amplified, observable cross sections. Furthermore, the applicability of the heavy top quark approximation in two- and three-Higgs boson production is investigated. We conclude that multi-Higgs boson production at the SuperLHC is an interesting probe of Higgs sectors beyond the SM and warrants further study. Despite the great success of the SM, it is widely believed that this model cannot be valid for arbitrarily high energies. The LHC will probe the TeV scale and theoretical arguments indicate the appearance of physics beyond the SM at this scale. The search for new physics requires a precise understanding of the SM. Precise theoretical predictions are needed which match the accuracy of the experiments. For the LHC, most analyses require next-to-leading order (NLO) precision. Only then will we be able to reliably verify or falsify different models. At the LHC, many interesting signatures involve more than two particles in the final state. Precise theoretical predictions for such multi-leg processes are a highly nontrivial task and new efficient methods have to be applied. The calculation of the process PP to VV+jet at NLO is an important background process to Higgs production in association with a jet at the LHC. We compute the virtual corrections to this process which form the "bottleneck" for obtaining a complete NLO prediction. The resulting analytic expressions are generated with highly automated computer routines and translated into a flexible Fortran code, which can be employed in the computation of differential cross sections of phenomenological interest. The obtained results for the virtual corrections indicate that the QCD corrections are sizable and should be taken into account in experimental studies for the LHC. N2 - Das Standardmodell der Teilchenphysik bietet einen einheitlichen Rahmen zur Beschreibung dreier fundamentaler Kräfte. Die elektromagnetische und schwache Kraft beschreibt die Wechselwirkung zwischen Quarks und Leptonen, während die weit stärkere starke Kraft nur auf die farbgeladenen Quarks wirkt. Die zahlreichen experimentellen Tests, die in den vergangenen 30 Jahren durchgeführt wurden, sind in spektakulärer Übereinstimmung mit den theoretischen Vorhersagen des Standardmodells, sogar auf dem pro mille Niveau und bestätigen damit das Modell auf dem Quantenniveau. Ein Grundpfeiler des Standardmodells ist der Higgsmechanismus, der eine mögliche Erklärung für die elektro-schwache Symmetriebrechung liefert, die verantwortlich ist für die beobachteten Massen elementarer Fermionen und der W und Z Bosonen, den Trägern der schwachen Kraft. Dieser Mechanismus sagt ein skalares Boson, das Higgs Boson, voraus, das bisher noch nicht entdeckt wurde. Falls dieser Mechanismus wirklich in der Natur realisiert ist, wird der Large Hadron Collider (LHC) am CERN in der Lage sein, das zugehörige Higgs Boson zu entdecken. Die Entdeckung des Higgs Bosons für sich alleine gestellt reicht nicht aus, um den Higgsmechanismus zu etablieren, dessen zentraler Bestandteil das Higgspotential ist, welches trilineare und quartische Selbstkopplungen vorhersagt. Diese müssen im Experiment durch die Analyse von multipler Higgsproduktion bestätigt werden. Wir präsentieren daher die Berechnung der schleifen-induzierten Prozesse gg nach HH und gg nach HHH und untersuchen die Observierbarkeit von multipler Higgsproduktion am LHC im Rahmen des Standardmodells und darüber hinaus. Da die Standardmodell-Wirkungsquerschnitte zu klein sind, um die Produktion von drei Higgs Bosonen am LHC zu beobachten, zeigen wir, dass Physik jenseits des Standardmodells zu verstärkten und damit beobachtbaren Wirkungsquerschnitten führen kann. Darüber hinaus wird die Anwendbarkeit der Näherung eines schweren top Quarks auf die Produktion von zwei und drei Higgs Bosonen untersucht. Wir kommen zu dem Schluss, dass multiple Higgsproduktion am Super-LHC eine interessante Sonde des Higgs Sektors ist und weitere Untersuchungen rechtfertigt. Trotz des großartigen Erfolgs des Standardmodells wird weithin vermutet, dass dieses Modell seine Gültigkeit nicht bis zu beliebig hohen Energieskalen behält. Theoretische Argumente deuten auf Anzeichen neuer Physik jenseits des Standardmodells auf der TeV Skala hin, die der LHC untersuchen wird. Die Suche nach neuer Physik erfordert ein detailliertes Verständnis des Standardmodells. Präzise theoretische Vorhersagen sind nötig, die der experimentellen Genauigkeit der Experimente entsprechen. Für den LHC sind die meisten Analysen in nächst-führender Ordnung (NLO) erforderlich. Nur dann werden wir verlässlich erweiterte Modelle bestätigen oder falsifizieren können. Am LHC sind viele interessante Signaturen verknüpft mit Endzuständen, die mehr als zwei Teilchen beinhalten. Präzise theoretische Vorhersagen für solche Multiple-Teilchen-Prozesse stellen eine sehr große Herausforderung dar, für die neue und effiziente Methoden verwendet werden müssen. Die Berechnung des Prozesses PP nach VV+jet in nächst-führender Ordnung ist ein wichtiger Hintergrundprozess für die Higgsproduktion in Assoziation mit einem Jet am LHC. Wir berechnen die virtuellen Korrekturen zu diesem Prozess, welche die größte Schwierigkeit darstellt, eine Vorhersage mit NLO Präzision zu erhalten. Die resultierenden analytischen Ausdrücke wurden weitgehend automatisiert erzeugt und in einen flexiblen Fortran Code übersetzt, der für die Berechnung von totalen und differentiellen Wirkungsquerschnitten von phänomenologischem Interesse verwendet werden kann. Die erzielten Ergebnisse für die virtuellen Korrekturen deuten auf große QCD Korrekturen hin, die in experimentellen Studien für den LHC berücksichtigt werden sollten. KW - Higgs-Teilchen KW - LHC KW - Standard Modell KW - MSSM KW - gluon-gluon Wechselwirkung KW - intermediate boson production KW - Higgs bosons KW - standard model KW - gluon-gluon interactions KW - minimal supersymmetric standard model Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-27505 ER - TY - THES A1 - Schmidt, Manuel J. T1 - Replica Symmetry Breaking at Low Temperatures T1 - Replikasymmetriebrechung bei tiefen Temperaturen N2 - In this thesis, the low-temperature regime of replica symmetry breaking in the SK-model has been thoroughly investigated. In order to access this regime and to perform self-consistence calculations with high accuracy at high orders of replica symmetry breaking, a formalism has been developed which reduces the numerical effort to the absolute minimum. The central idea of its derivation is the identification of asymptotic regions in which the recursion relations can be solved analytically. The new object in the numerical treatment is then the correction to this asymptotic regime, represented by a sequence of so-called kernel correction functions. This method increased the effciency of the numerics considerably so that up to 200 orders of RSB could be calculated at zero temperature and zero external field, and up to 60 (65) orders of RSB for finite temperature (external field). The remarkable high precision of these calculations allowed the extraction of several quantities with accuracy exceeding the literature values by several orders of magnitude. The results of the numerical calculations have been analyzed in great detail. Especially the convergence behavior of various observables and of the order function with respect to the RSB order has been investigated since the high but finite RSB regime has been addressed in the present work for the first time. Several unexpected features of finite order replica symmetry breaking have been observed. N2 - In der vorliegenden Dissertation wurden die Eigenschaften der Replikasymmetriebrechung (RSB) im Sherrington-Kirkpatrick-Modell bei tiefen Temperaturen gründlich untersucht. Um entsprechend tiefe Temperaturen und sogar T = 0 zu erreichen und gleichzeitig die Selbstkonsistenzrechnungen mit hoher numerischer Genauigkeit und bei hohen RSB Ordnungen durchzuführen, wurde ein Formalismus entwickelt, welcher den numerischen Aufwand auf ein absolutes Minimum reduziert. Das zentrale Konzept der Ableitung dieser Formulierung ist die Identifikation asymptotischer Bereiche, in denen die Rekursionsgleichungen der Replikasymmetriebrechung bei endlichen Ordnungen analytisch gelöst werden können. Das neue Objekt, welches numerisch behandelt werden muss, ist die Korrektur zu diesen asymptotischen Bereichen, welche durch eine Reihe von Funktionen, den sogenannten kernel correction functions beschrieben wird. Diese Methode hat die Effizienz der numerischen Behandlung erheblich verbessert, so dass bis zu 200 RSB Ordnungen bei verschwindender Temperatur und bei verschwindendem Magnetfeld und bis zu 60 (65) RSB Ordnungen bei endlichen Temperaturen (Magnetfeldern) berechnet werden konnten. Die ungewöhnlich hohe Genauigkeit dieser Rechnungen erlaubte die Bestimmung vieler Observablen mit einer Genauigkeit, die mehrere Größenordnungen über den Literaturwerten liegt. Die Ergebnisse der numerischen Rechnungen wurden im Detail analysiert. Speziell das Konvergenzverhalten der Ordnungsfunktion und der interessanten Observablen als Funktionen der RSB Ordnung wurde untersucht. Dieser Bereich hoher, aber endlicher RSB Ordnungen wurde in der vorliegenden Arbeit das erste Mal analysiert und viele unerwartete Eigenschaften wurden gefunden. KW - Spin-Spin-Wechselwirkung KW - Spin-Struktur KW - RSB KW - glassy systems KW - spin glasses Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-30660 ER - TY - THES A1 - Maier, Andreas T1 - Adaptively Refined Large-Eddy Simulations of Galaxy Clusters T1 - Adaptiv verfeinerte Grobstruktursimulationen von Galaxienhaufen N2 - It is aim of this work to develop, implement, and apply a new numerical scheme for modeling turbulent, multiphase astrophysical flows such as galaxy cluster cores and star forming regions. The method combines the capabilities of adaptive mesh refinement (AMR) and large-eddy simulations (LES) to capture localized features and to represent unresolved turbulence, respectively; it will be referred to as Fluid mEchanics with Adaptively Refined Large-Eddy SimulationS or FEARLESS. N2 - Ziel dieser Arbeit war, ein neues numerisches Modell zu entwickeln, welches es ermöglicht Grobstruktursimulationen auch mit adaptiven Gittercodes auszuführen, um Turbulenz über große Längenskalenbereiche konsistent zu simulieren. KW - Turbulenz KW - Galaxienhaufen KW - Hydrodynamik KW - Numerische Strömungssimulation KW - LES KW - Computersimulation KW - Astrophysik KW - AMR KW - FEARLESS Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-32274 ER - TY - THES A1 - Weber, Sebastian T1 - Simulation of self-assembled nanopatterns in binary alloys on the fcc(111) surface T1 - Simulation von selbstgebildeten Nanostrukturen in binären Legierungen auf der fcc(111) Oberfläche N2 - In this PhD thesis, we study the heteroepitaxial crystal growth by means of Monte Carlo simulations. Of particular interest in this work is the influence of the lattice mismatch of the adsorbates relative to the substrate on surface structures. In the framework of an off-lattice model, we consider one monolayer of adsorbate and investigate the emerging nanopatterns in equilibrium and their formation during growth. In chapter 1, a brief introduction is given, which describes the role of computer simulations in the field of the physics of condensed matter. Chapter 2 is devoted to some technical basics of experimental methods of molecular beam epitaxy and the theoretical description. Before a model for the simulation can be designed, it is necessary to make some considerations of the single processes which occur during epitaxial growth. For that purpose we look at an experimental setup and extract the main microscopic processes. Afterwards a brief overview of different theoretical concepts describing that physical procedures is given. In chapter 3, the model used in the simulations is presented. The aim is to investigate the growth of an fcc crystal in the [111] direction. In order to keep the simulation times within a feasible limit a simple pair potential, the Lennard-Jones potential, with continuous particle positions is used, which are necessary to describe effects resulting from the atomic mismatch in the crystal. Furthermore the detailed algorithm is introduced which is based on the idea to calculate the barrier of each diffusion event and to use the barriers in a rejection-free method. Chapter 4 is attended to the simulation of equilibrium. The influence of different parameters on the emerging structures in the first monolayer upon the surface, which is completely covered with two adsorbate materials, is studied. Especially the competition between binding energy and strain leads to very interesting pattern formations like islands or stripes. In chapter 5 the results of growth simulations are presented. At first, we introduce a model in order to realize off-lattice Kinetic Monte Carlo simulations. Since the costs in simulation time are enormous, some simplifications in the calculation of diffusion barriers are necessary and therefore the previous model is supplemented with some elements from the so-called ball and spring model. The next point is devoted to the calculation of energy barriers followed by the presentation of the growth simulations. Binary systems with only one sort of adsorbate are investigated as well as ternary systems with two different adsorbates. Finally, a comparison to the equilibrium simulations is drawn. Chapter 6 contains some concluding remarks and gives an outlook to possible further investigations. N2 - Diese Doktorarbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von heteroepitaktischem Kristallwachstum mit Hilfe von Monte Carlo Simulationen. Von besonderem Interesse ist hierbei der Einfluss des Gitterunterschieds zwischen den Adsorbatmaterialien und dem Substrat auf die Oberflächenstrukturen. Unter Verwendung eines gitterfreien Modells betrachten wir die erste Monolage des Adsorbats und untersuchen die entstehenden Nanostrukturen sowie deren Entwicklung während des Wachstums. Kapitel 1 gibt dazu eine kurze Einführung, welche die Rolle von Computersimulationen im Gebiet der modernen Festkörperphysik beschreibt. Kapitel 2 widmet sich einigen technischen Grundlagen der Molekularstrahlepitaxie und deren theoretischen Behandlung. Bevor ein Modell für die Simulation erstellt werden kann, ist es notwendig einige Überlegungen über die einzelnen Prozesse anzustellen, welche beim epitaktischen Wachstum in Erscheinung treten. Zu diesem Zweck betrachten wir zunächst den experimentellen Aufbau und entnehmen die wichtigsten mikroskopischen Prozesse. Danach wird ein kurzer Überblick über die verschiedenen theoretischen Konzepte gegeben, die diese physikalischen Vorgänge beschreiben. In Kapitel 3 wird anschließend das in den Simulationen verwendete Modell vorgestellt. Das Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung des Wachstums eines fcc Kristalls in die [111] Richtung. Um die Simulationszeiten in realisierbaren Grenzen zu halten, wird ein einfaches Paar-Potential, das Lennard-Jones Potential, mit kontinuierlichen Koordinaten verwendet, welche notwendig sind, um Effekte zu beschreiben, die ihren Ursprung in der atomaren Fehlanpassung im Kristall besitzen. Außerdem wird der detaillierte Algorithmus erläutert, welcher darauf basiert zunächst die Barriere eines jeden Diffusionsereignisses zu berechnen, um diese Barrieren dann in einem verwerfungsfreien Algorithmus zu verwenden. Kapitel 4 beschäftigt sich mit der Simulation von Gleichgewichtskonfigurationen. Dabei wird der Einfluss verschiedener Parameter auf die entstehenden Strukturen in der ersten Monolage auf dem Substrat untersucht, welches vollständig mit zwei Adsorbatmaterialien bedeckt ist. Besonders die Konkurrenz zwischen Bindungsenergie und Verspannung führt zur Bildung äußerst interessanter Strukturen wie Inseln oder Streifen. Im Anschluss werden in Kapitel 5 die Ergebnisse von Wachstumssimulationen präsentiert. Zu Beginn stellen wir das Modell vor, das den gitterfreien Monte Carlo Simulationen zu Grunde liegt. Da sich der numerische Aufwand in enormen Simulationszeiten niederschlägt, werden einige Vereinfachungen bei der Berechnung der Diffusionsbarrieren notwendig und aus diesem Grund werden dem bis dahin verwendetem Modell einige Elemente des sogenannten Ball and Spring Modells hinzugefügt. Der nächste Abschnitt widmet sich dann den Berechnungen der Energiebarrieren, bevor die Ergebnisse der Wachstumssimulationen vorgestell werden. Dabei werden sowohl binäre Systeme mit nur einer Adsorbatsorte als auch ternäre Systeme mit zwei Adsorbatkomponenten untersucht. Abschließend wird ein Vergleich zu den Ergebnissen der Gleichgewichtssimulationen aus dem Kapitel vorher gezogen. Kapitel 6 beinhaltet schließlich einige zusammenfassende Bemerkungen und bietet einen Ausblick auf mögliche weitere Untersuchungen. KW - Kristallwachstum KW - Epitaxie KW - Monte-Carlo-Simulation KW - Kubisch flächenzentriertes Gitter KW - Monte Carlo KW - Simulation KW - Heteroepitaxie KW - Verspannung KW - Monte Carlo KW - Simulation KW - Epitaxy KW - Strain Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-27914 ER - TY - THES A1 - Walther, Markus T1 - Simulation of strain-induced and defect-controlled self-organization of nanostructures T1 - Simulation von verspannungsinduzierter und defektkontrollierter Selbstorganisation von Nanostrukturen N2 - In this PhD thesis, the effect of strain on heteroepitaxial growth is investigated by means of Kinetic Monte Carlo simulations. In this context the lattice misfit, arising from the different lattice constants of the adsorbate and the substrate material, is of particular interest. As a consequence, this lattice misfit leads to long-range elastic strain effects having strong influence on the entire growing crystal and its resulting surface morphology. The main focus of this work is the investigation of different strain relaxation mechanisms and their controlling parameters, revealing interesting consequences on the subsequent growth. Since epitaxial growth is carried out under conditions far away from thermodynamic equilibrium, it is strongly determined by surface kinetics. At this point the relevant kinetic microscopic processes are described, followed by theoretical considerations of heteroepitaxial growth disclosing an overview over several independent methodological streams, used to model epitaxy in different time and length scales, as well as the characterization of misfit dislocations and the classification of epitaxial growth modes based on thermodynamic considerations. The epitaxial growth is performed by means of Kinetic Monte Carlo simulations which allows for the consideration of long range effects in systems with lateral extension of few hundred atoms. By using an off-lattice simulation model the particles are able to leave their predefined lattice sites, which is an indispensable condition for simulating strain relaxation mechanisms. The main idea of our used model is calculating the activation energy of all relevant thermally activated processes by using simple pair potentials and then realizing the dynamics by performing each event according to its probability by means of a rejection-free algorithm method. In addition, the crystal relaxation procedure, the grid-based particle access method, which accelerates the simulation enormously, and the efficient implementation of the algorithm are discussed. To study the influence of long range elastic strain effects, the main part of this work was realized on the two dimensional triangular lattice, which can be treated as a cross section of the real three dimensional case. Chapter 4 deals with the formation of misfit dislocations as a strain relaxation mechanism and the resulting consequences on the subsequent heteroepitaxial growth. We can distinguish between two principally different dislocation formation mechanisms, depending strongly on the sign as well as on the magnitude of the misfit, but also the surface kinetics need to be taken into account. Additionally, the dislocations affect the lattice spacings of the crystal whose observed progression is in qualitative good agreement with experimental results. Furthermore, the dislocations influence the subsequent growth of the adsorbate film, since the potential energy of an adatom is modulated by buried dislocations. A clear correlation between the lateral positions of buried dislocations and the positions of mounds grown on the surface can be observed. In chapter 5, an alternative strain relaxation mechanism is studied: the formation of three dimensional islands enables the particles to approach their preferred lattice spacing. We demonstrate that it is possible to adjust within our simulation model each of the three epitaxial growth modes: Volmer–Weber, Frank–van der Merve or layer-by-layer, and Stranski–Krastanov growth mode. Moreover, we can show that the emerging growth mode depends in principle on two parameters: on the one hand the interaction strength of adsorbate particles with each other, compared to the interaction of adsorbate with substrate particles, and on the other hand the lattice misfit between adsorbate and substrate particles. A sensible choice of these two parameters allows the realization of each growth mode within the simulations. In conclusion, the formation of nanostructures controlled by an underlying dislocation network can be applied in the concept of self-organized pattern formation as well as by the tendency to form ordered arrays of strain-induced three dimensional grown islands. In chapter 6, we extend our model to three dimensions and investigate the effect of strain on growth on bcc(100) surfaces. We introduce an anisotropic potential yielding a stable bcc lattice structure within the off-lattice representation. We can show that the strain built up in submonolayer islands is mainly released at the island edges and the lattice misfit has strong influence on the diffusion process on the plane surface as well as on the situation at island edges with eminent consequences on the appearance of submonolayer islands. N2 - Im Rahmen dieser Doktorarbeit wird der Einfluss elastischer Verspannungen auf heteroepitaktisches Kristallwachstum mit Hilfe kinetischer Monte Carlo Simulationen untersucht. Von besonderem Interesse ist hierbei die Gitterfehlanpassung, die aus den unterschiedlichen Gitterkonstanten des Adsorbat- und des Substratmaterials herrührt. Dieser Gitterunterschied zeigt weitreichende elastische Verspannungseffekte mit starkem Einfluss auf den gesamten Kristall und dessen Morphologie. Hauptgegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der wesentlichen Mechanismen, mittels deren die Kristallverspannungen abgebaut werden. Dabei gilt es ferner die maßgeblichen Parameter zu bestimmen, die es erlauben, die Relaxationsmechanismen zu kontrollieren. Da epitaktisches Wachstum fernab vom thermodynamischen Gleichgewicht stattfindet und somit stark von kinetischen Oberflächenprozessen beeinflusst wird, werden zunächst die relevanten mikroskopischen Prozesse beschrieben. Im Anschluss daran folgt ein Überblick über verschiedene Methoden, die zur Modellierung epitaktischem Wachstums auf unterschiedlichen Zeit- und Längenskalen dienen, gefolgt von Charakterisierungsmöglichkeiten von Versetzungen und der Klassifizierung der verschiedenen Wachstumsmoden. Hierbei wird epitaktisches Wachstum mittels kinetischen Monte Carlo Simulationen verwirklicht, die es erlauben weitreichende Verspannungseffekte an Systemen mit einer Ausdehnung von einigen hundert Atomen zu untersuchen. Die Verwendung eines gitterfreien Simulationsmodells ermöglicht ferner den Teilchen, ihre vordefinierten Gitterplätze zu verlassen. Die Grundidee unseres Modells besteht darin, die Aktivierungsenergien aller relevanten thermisch aktivierten Prozesse mit Hilfe einfacher Paarwechselwirkungspotenziale zu berechnen. Die Dynamik wird dadurch verwirklicht, dass jedes Ereignis entsprechend seiner Wahrscheinlichkeit unter Verwendung eines verwerfungsfreien Algorithmus ausgeführt wird. Ferner werden das Kristallrelaxationsverfahren, die rasterbasierte Teilchenzugriffsmethode, welche die Simulationen erheblich beschleunigt, sowie die effiziente Implementierung des Algorithmus diskutiert. In den weiteren Kapiteln findet unser Modell Anwendung in der Simulation der verschiedenen Mechanismen des Verspannungsabbaus beim heteroepitaktischen Wachstum. Um den Einfluss weitreichender elastischer Verspannungseffekte zu untersuchen, wurde der Großteil dieser Arbeit auf dem zweidimensionalen Dreiecksgitter bewerkstelligt, das als Querschnitt des realen dreidimensionalen Falls betrachtet werden kann. Kapitel 4 behandelt den Verspannungsabbau durch die Bildung von Versetzungen. Hierbei unterscheidet man zwei prinzipiell unterschiedliche Mechanismen der Versetzungsbildung, die unter zusätzlicher Berücksichtigung der Oberflächenkinetik maßgeblich vom Vorzeichen und Betrag der Gitterfehlanpassung abhängen. Zusätzlich beeinträchtigen die Versetzungen die Gitterabstände innerhalb des Kristalls, deren Verlauf qualitativ gut mit experimentellen Beobachtungen übereinstimmt. Darüber hinaus beeinflussen Versetzungen den weiteren Wachstumsverlauf des Adsorbatfilms. Dabei besteht ein deutlicher Zusammenhang zwischen den lateralen Positionen der vergrabenen Versetzungen und denen der auf der Oberfläche gewachsenen Hügel. Die Bildung dreidimensionaler Inseln ermöglicht den Teilchen sich ihrem bevorzugten Gitterabstand anzunähern. Im Rahmen unseres Modells ist es möglich, jede der drei epitaktischen Wachstumsarten einzustellen: Volmer–Weber, Frank–van der Merve oder Lage für Lage sowie die Stranski–Krastanov Wachstumsart. Ferner sind wir in der Lage zu zeigen, dass die sich einstellende Wachstumsart im Wesentlichen von zwei Parametern gesteuert werden kann: die erste wichtige Größe ist die Wechselwirkungsstärke zwischen Adsorbatteilchen untereinander verglichen mit jener zwischen Adsorbat- und Substratteilchen, den zweiten wichtigen Parameter stellt die Gitterfehlanpassung zwischen Adsorbat und Substrat dar. Eine vernünftige Wahl dieser beiden Parameter erlaubt es, jede dieser drei Wachstumsarten zu simulieren. Schlussfolgernd kann gesagt werden, dass einerseits durch ein zu Grunde liegendes Versetzungsnetzwerk die Bildung von Nanostrukturen gesteuert werden kann, andererseits auch die durch Kristallverspannungen induzierte, regelmäßige Anordnung dreidimensional gewachsener Inseln in dem Konzept selbstorganisierter Strukturbildung Verwendung finden kann. In Kapitel 6 erweitern wir schließlich unser Modell auf drei Dimensionen, was es uns ermöglicht, den Einfluss von Verspannung auf das Wachstum auf bcc(100) Oberflächen zu untersuchen. Dabei zeigt sich, dass die Verspannung innerhalb der Monolageninseln hauptsächlich an den Inselrändern abgebaut wird und die Gitterfehlanpassung starken Einfluss auf die Diffusion in der Ebene genauso wie auf die Situation an den Inselrändern hat und somit bedeutende Auswirkungen auf das Erscheinungsbild von Submonolageninseln zeigt. KW - Kristallwachstum KW - Epitaxie KW - Monte-Carlo-Simulation KW - Heteroepitaxie KW - Monte Carlo KW - Simulation KW - Versetzungen KW - Verspannung KW - Monte Carlo KW - Simulation KW - Dislocations KW - Strain Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-27931 ER - TY - THES A1 - Hupp, Markus T1 - Simulating Star Formation and Turbulence in Models of Isolated Disk Galaxies T1 - Simulation von Sternentstehung und Turbulenz in Modellen von isolierten Scheibengalaxien N2 - We model Milky Way like isolated disk galaxies in high resolution three-dimensional hydrodynamical simulations with the adaptive mesh refinement code Enzo. The model galaxies include a dark matter halo and a disk of gas and stars. We use a simple implementation of sink particles to measure and follow collapsing gas, and simulate star formation as well as stellar feedback in some cases. We investigate two largely different realizations of star formation. Firstly, we follow the classical approach to transform cold, dense gas into stars with an fixed efficiency. These kind of simulations are known to suffer from an overestimation of star formation and we observe this behavior as well. Secondly, we use our newly developed FEARLESS approach to combine hydrodynamical simulations with a semi-analytic modeling of unresolved turbulence and use this technique to dynamically determine the star formation rate. The subgrid-scale turbulence regulated star formation simulations point towards largely smaller star formation efficiencies and henceforth more realistic overall star formation rates. More work is necessary to extend this method to account for the observed highly supersonic turbulence in molecular clouds and ultimately use the turbulence regulated algorithm to simulate observed star formation relations. N2 - In dieser Arbeit beschäftigen wir uns mit der Modellierung und Durchführung von hoch aufgelösten dreidimensionalen Simulationen von isolierten Scheibengalaxien, vergleichbar unserer Milchstraße. Wir verwenden dazu den Simulations-Code Enzo, der die Methode der adaptiven Gitterverfeinerung benutzt um die örtliche und zeitliche Auflösung der Simulationen anzupassen. Unsere Galaxienmodelle beinhalten einen Dunkle Materie Halo sowie eine galaktische Scheibe aus Gas und Sternen. Regionen besonders hoher Gasdichte werden durch Teilchen ersetzt, die fortan die Eigenschaften des Gases beziehungsweise der darin entstehenden Sterne beschreiben. Wir untersuchen zwei grundlegend verschiedene Darstellungen von Sternentstehung. Die erste Methode beschreibt die Umwandlung dichten Gases einer Molekülwolke in Sterne mit konstanter Effektivität und führt wie in früheren Simulationen zu einer Überschätzung der Sternentstehungsrate. Die zweite Methode nutzt das von unserer Gruppe neu entwickelte FEARLESS Konzept, um hydrodynamische Simulationen mit analytischen-empirischen Modellen zu verbinden und bessere Aussagen über die in einer Simulation nicht explizit aufgelösten Bereiche treffen zu können. Besonderes Augenmerk gilt in dieser Arbeit dabei der in Molekülwolken beobachteten Turbulenz. Durch die Einbeziehung dieser nicht aufgelösten Effekte sind wir in der Lage eine realistischere Aussage über die Sternentstehungsrate zu treffen. Eine zukünftige Weiterentwicklung dieser von uns entwickelten und umgesetzten Technik kann in Zukunft dafür verwendet werden, die Qualität des durch Turbulenz regulierten Sternentstehungsmodells noch weiter zu steigern. KW - Astrophysik KW - Hydrodynamik KW - Turbulenz KW - Sternentstehung KW - Computersimulation KW - Interstellare Materie KW - Subgrid-Skalen Modell KW - Galaxienentstehung KW - Galaxienentwicklung KW - astrophysics KW - hydrodynamics KW - turbulence KW - star formation KW - subgrid-scale model Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-34510 ER - TY - THES A1 - Balzer, Matthias T1 - Füllungs- und wechselwirkungsabhängiger Mott-Übergang: Quanten-Cluster-Rechnungen im Rahmen der Selbstenergiefunktional-Theorie T1 - Filling- and interaction-driven Mott transition: Quantum cluster calculations within self-energy-functional theory N2 - Die Untersuchung stark korrelierter Elektronensysteme anhand des zweidimensionalen Hubbard-Modells bildet das zentrale Thema dieser Arbeit. Wir analysieren das Schicksal des Mott-Isolators bei Dotierung als auch bei Reduzierung der Wechselwirkungsstärke. Die numerische Auswertung erfolgt mit Hilfe von Quanten-Cluster-Approximationen, die eine thermodynamisch konsistente Beschreibung der Grundzustandseigenschaften garantieren. Der hier verwendete Rahmen der Selbstenergiefunktional-Theorie bietet eine große Flexibilität bei der Konstruktion von Cluster-Näherungen. Eine detaillierte Analyse gibt Aufschluss über die Qualität und das Konvergenzverhalten unterschiedlicher Cluster-Näherungen innerhalb der Selbstenergiefunktional-Theorie. Wir verwenden für diese Untersuchungen das eindimensionale Hubbard-Modell und vergleichen unsere Resultate mit der exakten Lösung. In zwei Dimensionen finden wir als Grundzustand des Teilchen-Loch-symmetrischen Modells bei Halbfüllung einen antiferromagnetischen Isolator unabhängig von der Wechselwirkungsstärke. Die Berücksichtigung kurzreichweitiger räumlicher Korrelationen durch unsere Cluster-Näherung führt, im Vergleich mit der dynamischen Mean-Field-Theorie, zu einer deutlichen Verbesserung des antiferromagnetischen Ordnungsparameters. Darüberhinaus beobachten wir in der paramagnetischen Phase einen Metall-Isolator-Übergang als Funktion der Wechselwirkungsstärke, der sich qualitativ vom reinen Mean-Field-Szenario unterscheidet. Ausgehend vom antiferromagnetischen Mott-Isolator zeigt sich ein füllungsgetriebener Metall-Isolator-Übergang in eine paramagnetische metallische Phase. Abhängig von der verwendeten Cluster-Approximation tritt dabei zunächst eine antiferromagnetische metallische Phase auf. Neben langreichweitiger antiferromagnetischer Ordnung haben wir in unseren Rechnungen auch Supraleitung berücksichtigt. Das Verhalten des supraleitenden Ordnungsparameters als Funktion der Dotierung ist dabei in guter Übereinstimmung sowohl mit anderen numerischen Verfahren als auch mit experimentellen Ergebnissen. N2 - The central goal of this thesis is the examination of strongly correlated electron systems on the basis of the two-dimensional Hubbard model. We analyze how the properties of the Mott insulator change upon doping and with interaction strength. The numerical evaluation is done using quantum cluster approximations, which allow for a thermodynamically consistent description of the ground state properties. The framework of self-energy-functional theory offers great flexibility for the construction of cluster approximations. A detailed analysis sheds light on the quality and the convergence properties of different cluster approximations within the self-energy-functional theory. We use the one-dimensional Hubbard model for these examinations and compare our results with the exact solution. In two dimensions the ground state of the particle-hole symmetric model at half-filling is an antiferromagnetic insulator, independent of the interaction strength. The inclusion of short-range spatial correlations by our cluster approach leads to a considerable im\-prove\-ment of the antiferromagnetic order parameter as compared to dynamical mean-field theory. In the paramagnetic phase we furthermore observe a metal-insulator transition as a function of the interaction strength, which qualitatively differs from the pure mean-field scenario. Starting from the antiferromagnetic Mott insulator a filling-controlled metal-insulator transition in a paramagnetic metallic phase can be observed. Depending on the cluster approximation used an antiferromagnetic metallic phase may occur at first. In addition to long-range antiferromagnetic order, we also considered superconductivity in our calculations. The superconducting order parameter as a function of doping is in good agreement with other numerical methods, as well as with experimental results. KW - Festkörpertheorie KW - Hubbard-Modell KW - Metall-Isolator-Phasenumwandlung KW - Mott-Übergang KW - Hochtemperatursupraleitung KW - Selbstenergiefunktional-Theorie KW - Self-energy-functional theory KW - Variational cluster approximation Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-35266 ER - TY - THES A1 - Dorner, Daniela T1 - Observations of PG 1553+113 with the MAGIC telescope T1 - Beobachtungen von PG 1553+113 mit dem MAGIC Teleskop N2 - Blazars are among the most luminous sources in the universe. Their extreme short-time variability indicates emission processes powered by a supermassive black hole. With the current generation of Imaging Air Cherenkov Telescopes, these sources are explored at very high energies. Lowering the threshold below 100 GeV and improving the sensitivity of the telescopes, more and more blazars are discovered in this energy regime. For the MAGIC telescope, a low energy analysis has been developed allowing to reach energies of 50 GeV for the first time. The method is presented in this thesis at the example of PG 1553+113 measuring a spectrum between 50 GeV and 900 GeV. In the energy regime observed by MAGIC, strong attenuation of the gamma-rays is expected from pair production due to interactions of gamma-rays with low-energy photons from the extragalactic background light. For PG 1553+113, this provides the possibility to constrain the redshift of the source, which is still unknown. Well studied from radio to x-ray energies, PG 1553+113 was discovered in 2005 in the very high energy regime. In total, it was observed with the MAGIC telescope for 80~hours between April 2005 and April 2007. From more than three years of data taking, the MAGIC telescope provides huge amounts of data and a large number of files from various sources. To handle this data volume and to provide monitoring of the data quality, an automatic procedure is essential. Therefore, a concept for automatic data processing and management has been developed. Thanks to its flexibility, the concept is easily applicable to future projects. The implementation of an automatic analysis is running stable since three years in the data center in Würzburg and provides consistent results of all MAGIC data, i.e. equal processing ensures comparability. In addition, this database controlled system allows for easy tests of new analysis methods and re-processing of all data with a new software version at the push of a button. At any stage, not only the availability of the data and its processing status is known, but also a large set of quality parameters and results can be queried from the database, facilitating quality checks, data selection and continuous monitoring of the telescope performance. By using the automatic analysis, the whole data sample can be analyzed in a reasonable amount of time, and the analyzers can concentrate on interpreting the results instead. For PG 1553+113, the tools and results of the automatic analysis were used. Compared to the previously published results, the software includes improvements as absolute pointing correction, absolute light calibration and improved quality and background-suppression cuts. In addition, newly developed analysis methods taking into account timing information were used. Based on the automatically produced results, the presented analysis was enhanced using a special low energy analysis. Part of the data were affected by absorption due to the Saharan Air Layer, i.e. sanddust in the atmosphere. Therefore, a new method has been developed, correcting for the effect of this meteorological phenomenon. Applying the method, the affected data could be corrected for apparent flux variations and effects of absorption on the spectrum, allowing to use the result for further studies. This is especially interesting, as these data were taken during a multi-wavelength campaign. For the whole data sample of 54 hours after quality checks, a signal from the position of PG 1553+113 was found with a significance of 15 standard deviations. Fitting a power law to the combined spectrum between 75 GeV and 900 GeV, yields a spectral slope of 4.1 +/- 0.2. Due to the low energy analysis, the spectrum could be extended to below 50 GeV. Fitting down to 48 GeV, the flux remains the same, but the slope changes to 3.7 +/- 0.1. The determined daily light curve shows that the integral flux above 150 GeV is consistent with a constant flux. Also for the spectral shape no significant variability was found in three years of observations. In July 2006, a multi-wavelength campaign was performed. Simultaneous data from the x-ray satellite Suzaku, the optical telescope KVA and the two Cherenkov experiments MAGIC and H.E.S.S. are available. Suzaku measured for the first time a spectrum up to 30 keV. The source was found to be at an intermediate flux level compared to previous x-ray measurements, and no short time variability was found in the continuous data sample of 41.1 ksec. Also in the gamma regime, no variability was found during the campaign. Assuming a maximum slope of 1.5 for the intrinsic spectrum, an upper limit of z < 0.74 was determined by deabsorbing the measured spectrum for the attenuation of photons by the extragalactic background light. For further studies, a redshift of z = 0.3 was assumed. Collecting various data from radio, infrared, optical, ultraviolet, x-ray and gama-ray energies, a spectral energy distribution was determined, including the simultaneous data of the multi-wavelength campaign. Fitting the simultaneous data with different synchrotron-self-compton models shows that the observed spectral shape can be explained with synchrotron-self-compton processes. The best result was obtained with a model assuming a log-parabolic electron distribution. N2 - Blazare gehören zu den leuchtstärksten Quellen im Universum. Ihre extreme Kurzzeitvariabilität deutet auf Strahlungsprozesse hin, die von einem supermassereichem schwarzen Loch mit Energie versorgt werden. Mit der aktuellen Generation von abbildenden Luft-Cherenkov Teleskopen werden diese Quellen bei sehr hohen Energien erforscht. Durch das Absenken der Schwellenenergie auf unter 100 GeV und aufgrund verbesserter Sensitivitäten werden immer mehr Blazare in diesem Energiebereich entdeckt. Für das MAGIC Teleskop wurde eine Analysemethode entwickelt, die es erlaubt zum ersten mal zu niedrigen Energien im Bereich von 50 GeV vorzudringen. Mit dieser Methode wurde am Beispiel von PG 1553+113 ein Spektrum zwischen 50 GeV und 900 GeV bestimmt. Im dem von MAGIC beobachteten Energiebereich wird eine starke Abschwächung des Gammalichts aufgrund von Paarproduktion in Wechselwirkungen mit niederenergetischen Photonen des extragalaktischen Hintergrundlichts erwartet. Für PG 1553+113 ergibt sich daraus eine Möglichkeit um die noch unbekannte Entfernung der Quelle einzuschränken. Während die Quelle PG 1553+113 im Radio- bis Röntgenbereich gut untersucht ist, wurde sie im Hochenergiebereich erst 2005 entdeckt. Zwischen April 2005 und April 2007 wurde sie mit dem MAGIC Teleskop insgesamt 80 Stunden lang beobachtet. Aus mehr als drei Jahren Datennahme liefert das MAGIC Telekop riesige Mengen an Daten und eine große Anzahl von Dateien. Um dieses Datenvolumen zu bewältigen und für die Überwachung der Datenqualität ist eine automatische Verarbeitung unverzichtbar. Darum wurde ein Konzept zur automatischen Datenverwaltung und -verarbeitung entwickelt. Aufgrund seiner Flexibilität kann dieses Konzept auch leicht auf zukünftige Projekte übertragen werden. Die Umsetzung für MAGIC läuft seit drei Jahren stabil im Datenzentrum in Würzburg und liefert konsistente Ergebnisse von allen Daten, d.h. die identische Verarbeitung sorgt für Vergleichbarkeit. Ausserdem ermöglicht das datenbankbasierte Konzept einfache Tests neuer Analysemethoden und die Neuanalyse aller Daten mit einer neuen Software auf Knopfdruck. Man kann nicht nur jederzeit die Verfügbarkeit und den Verarbeitungsstatus aller Daten aus der Datenbank abfragen, sondern auch Qualitätsparameter und Ergebnisse, was die Qualitätskontrolle und Auswahl von Daten sowie die Überwachung des Teleskopstatus erleichtert. Durch die Verwendung der automatischen Analyse kann die riesige Menge an Daten in einem vernünftigen Zeitrahmen analysiert werden und man kann sich stattdessen auf die Interpretation der Ergebnisse konzentrieren. Für PG 1553+113 wurden die Werkzeuge und Resultate der automatischen Analyse verwendet. Verglichen mit den zuvor veröffentlichten Ergebnissen wurde eine Software Version verwendet, die verschiedene Verbesserungen enthält, wie zum Beispiel eine absolute Pointing-Korrektur, eine absolute Lichtkalibration und verbesserte Schnitte zur Qualitätssicherung und Untergrundunterdrückung. Ausserdem wurde eine neu entwickelte Analysemethode, welche die Zeitinformation mit einzbezieht, benutzt. Basierend auf den Ergebnissen der automatischen Analyse wurde das Ergebnis mit einer speziell für niedrige Energien optimierten Analyse verbessert. Ein Teil der Daten wurde beinträchtigt durch Absorption aufgrund Sandstaub in der Atmosphäre, der sogenannten Calima. Eine neue Methode wurde entwickelt, um den Effekt dieses meteorologischen Phänomens zu korrigieren. Auf diese Weise konnten scheinbare Flussänderungen und Einflüsse auf das Spetrum ausgeglichen werden, wodurch die Daten für weiterführende Studien verwendet werden können. Dies ist hier von besonderer Bedeutung, da die betroffenen Daten simultan mit Daten aus anderen Wellenlängenbereichen genommen wurden. Für den kompletten Datensatz wurde ein Signal aus der Richtung von PG 1553+113 mit einer Signifikanz von 15 Standardabweichungen gemessen. Fittet man ein Potenzgesetz an das kombinierte Spektrum, so erhält man einen Spektralindex von 4.1 +/- 0.2. Mit Hilfe der Niederenergieanalyse konnte das Spektrum bis unter 50 GeV erweitert werden. Fittet man es bis 48 GeV, so bleibt die Flussnormierung gleich, aber der Index ändert sich auf 3.7 +/- 0.1. Die berechnete Lichtkurve auf Tagesbasis zeigt, dass der integrale Fluss oberhalb von 150 GeV mit konstanten Fluss konsistent ist. Auch für die Form des Spektrums wurde in den drei Jahren, in denen beobachtet wurde, keine Variabilität gefunden. Im Juli 2006 wurden simultane Beobachtungen des Röntgensatelliten Suzaku, des optischen Teleskops KVA und der Cherenkovexperimente MAGIC und H.E.S.S. koordiniert. Mit Suzaku wurde zum ersten Mal ein Röngtenspektrum bis 30 keV vermessen. Die Quelle befand sich, verglichen mit früheren Röngtenmessungen, in einem mittleren Flusszustand, und während der kontinuierlichen Datennahme von 41.1 ksec wurde keine Variabilität gemessen. Auch im Gammabereich wurden keinen Veränderungen während der Beobachtungen festgestellt. Nimmt man für das intrinsische Spektrum der Quelle einen maximalen Index von 1.5 an, so lässt sich für die Rotverschiebung eine obere Grenze von z < 0.74 bestimmen, indem man das gemessene Spektrum mit verschiedenen angenommenen Rotverschiebungen auf die Abschwächung durch das extragalaktische Hintergrundlicht korrigiert. Für weitere Studien wird eine Rotverschiebung von z = 0.3 angenommen. Aus einer Sammlung von Daten aus dem Radio-, Infrarot-, optischen, Ultraviolett-, Röntgen- und Gammabereich wurde eine spektrale Energieverteilung bestimmt, die auch die simultanen Daten aus der Multiwellenlängenkampagne enthält. Fittet man die simultanen Daten mit einem Synchrotron-Selbst-Compton Modell, so sieht man, dass die spektrale Form mit Synchrotron-Selbst-Compton Prozessen erklärt werden kann. Das beste Ergebnis konnte mit einem Modell erzielt werden, das eine Elektronenverteilung annimmt, die in doppelt logarithmischer Darstellung eine Parabelform hat. KW - Aktiver galaktischer Kern KW - MAGIC-Teleskop KW - Gammastrahlung KW - Blazar KW - BL-Lacertae-Objekt KW - PG 1553+113 KW - Gamma-Astronomie KW - PG 1553+113 KW - gamma astronomy KW - active galactic nucleus Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-28196 ER - TY - THES A1 - Meyer, Markus T1 - Observations of a systematically selected sample of high frequency peaked BL Lac objects with the MAGIC telescope T1 - Beobachtungen eines systematisch ausgewählten Samples von "high frequency peaked" BL Lac Objekten mit dem MAGIC Teleskop N2 - At the beginning of regular observations with the MAGIC telescope in December 2004, all but one extragalactic sources detected at very high energy (VHE) gamma-rays belonged to the class of high frequency peaked BL Lac (HBL) objects. This motivated a systematic scan of candidate sources to increase the number of known sources and to study systematically their spectral properties. As candidate sources for VHE emission, X-ray bright HBLs were selected from a compilation of active galactic nuclei. The MAGIC observations took place from December 2004 to March 2006. The declination of the objects was restricted to values between -1.2° and +58.8° corresponding to a maximum zenith distance lower than 30° at culmination. Since gamma-rays are absorbed by photo-pair production in low energy background radiation fields, the redshift of the investigated objects was limitetd to z < 0.3. Under the assumption that HBLs generally emit the same energy flux at 1keV as at 200GeV, only the brightest X-ray sources were observed, leading to a cut in the X-ray flux of F(1keV) > 2µJy}. Of the fourteen sources observed, four have been detected: 1ES 1218+304 (for the first time at very high energies), 1ES 2344+514 (strong detection in a state of low activity), Mrk 421 and Mrk 501. A hint of a signal on a 3-sigma-level from the direction of 1ES 1011+496 has been observed. In the meantime the object has been confirmed as a source of VHE gamma-rays by a second MAGIC observation campaign triggered by an optical outburst. For ten sources, upper limits on their integral fluxes above 200GeV have been calculated on a 99% confidence level. To cross calibrate the different data samples, collected during 14 months, bright muon ring images have been used, recorded as background events by the MAGIC telescope. Based on the development by Meyer (2003), the method has been improved and implemented into the automatic data analysis as a continuous monitor of the calibration and the point spread function of the optical system. While the ring images are generated by muons with small impact parameters, it could be shown that the image parameter distributions for muons with large impact parameters and gamma showers completely overlap, revealing these muons as the dominant background for gamma-ray observations below energies of 150GeV. The sample of HBLs (including all HBLs detected at VHE so far) has been investigated for correlations between broad-band spectral indices as determined from simultaneous optical, archival X-ray and radio luminosities, finding that the VHE emitting HBLs do not differ from the non-detected ones. In general the absorption corrected HBL gamma-ray luminosities at 200GeV are not higher than their X-ray luminosities at 1keV. Based on a complete X-ray BL Lac sample, the Hamburg/ROSAT X-ray BL Lac sample, the number of expected VHE sources has been estimated for the performed scan, finding a consistent number under the assumption of a 37% completeness of the investigated sample and a 1keV-to-200GeV luminosity ratio of 1.4. An upper limit on the omnidirectional flux at 200GeV has been calculated by interpolating the sum over the observed fluxes and upper limits. Within the uncertainties, the result is in agreement with the expectations derived from the X-ray luminosity function of BL Lacs. For 1ES 1218+304 and 1ES 2344+514 the lightcurves have been derived, showing evidence for flux variability on a time scale of 17 days and 24h, respectively. In the case of 1ES 1218+304 variability has been reported for the first time at VHEs. For both sources the energy spectra have been reconstructed and discussed in the context of their broad band spectral energy distribution (SED), using a single zone synchrotron self Compton model. The SEDs are well fitted by the simulation even though the very high peak frequencies at gamma-rays push the model to its limits. The parameters derived from the simulation are in good agreement with the parameters found for similar HBLs. N2 - Zu Beginn der regulären Beobachtungen des MAGIC-Teleskops im Dezember 2004 gehörten alle extragalaktischen Quellen, bis auf eine, von denen sehr hochenergetische (VHE von engl. very high energy) Gammastrahlung detektiert wurde, zur Klasse der sogenannten "high frequency peaked BL Lac"-Objekte (HBL). Dies motivierte eine systematische Durchmusterung von Quellkandidaten mit dem Ziel die Anzahl der bekannten Quellen zu erhöhen und ihre spektralen Eigenschaften systematisch zu untersuchen. Als Quellkandidaten für VHE-Emission wurden röntgen-helle HBLs aus einer Kompilation von aktiven galaktischen Kernen ausgewählt. Die MAGIC-Beobachtungen fanden von Dezember 2004 bis März 2006 statt. Die Deklination der Objekte war begrenzt auf Werte zwischen -1.2° und +58.8°, entsprechend einer Zenitdistanz von weniger als 30° an der Kulmination. Da Gammastrahlung durch Photo-Paar-Produktion in niederenergetischen Hintergrundstrahlungsfeldern absorbiert wird, wurde die Rotverschiebung der untersuchten Objekte auf z < 0.3 begrenzt. Unter der Annahme, dass HBLs generell den selben Energieflu{ss} bei 1keV wie bei 200GeV emittieren, wurden nur die hellsten Röntgenquellen beobachtet, was zu einem Schnitt im Röntgenfluß von F(1keV) > 2µJy führte. Von den vierzehn beobachteten Objekten konnten vier detektiert werden: 1ES 1218+304 (zum ersten Mal im VHE-Bereich), 1ES 2344+514 (klare Detektion in einem Zustand niedriger Aktivität), Mrk 421 und Mrk 501. Ein Hinweis auf ein Signal auf einem 3-sigma-Level wurde aus der Richtung von 1ES 1011+496 beobachtet. Inzwischen ist das Objekt als eine Quelle hochenergetischer Gammastrahlung in einer zweiten MAGIC-Beobachtungskampagne, die durch einen hohen optischen Flusszustand ausgelöst wurde, bestätigt worden. Für die übrigen zehn Quellen wurden Obergrenzen an den integralen Fluss oberhalb von 200GeV mit einer statistischen Sicherheit von 99% berechnet. Um eine Kreuzkalibrierung verschiedener Datensätze, genommen innerhalb von 14 Monaten, durchzuführen, wurden helle Bilder von Myonenringen verwendet, die als Hintergrundereignisse vom MAGIC Teleskop aufgenommen werden. Basierend auf der Entwicklung von Meyer (2003) wurde die Methode verbessert und als ein kontinuierlicher Monitor der Kalibrierung sowie der Punktbildfunktion des optischen Systems in die automatische Datenanalyse implementiert. Während die Ringbilder von Myonen mit kleinen Stoßparametern erzeugt werden, konnte gezeigt werden, dass die Verteilungen der Bildparameter von Myonen mit großen Stoßparametern und der von Gammaschauern sich vollständig überlappen, was diese Myonen zum dominierenden Hintergrund für die Beobachtung von Gammastrahlung unterhalb einer Enegie von 150GeV macht. Das HBL-Sample (inklusive aller HBLs, die bisher bei sehr hohen Energien detektiert wurden) wurde nach Korrelationen zwischen den Breitband-Spektralindices untersucht, die durch simultane optische sowie durch Röntgen- und Radio-Leuchtkräfte aus früheren Beobachtungen bestimmt wurden, mit dem Ergebnis, dass die VHE-emittierenden HBLs sich nicht von den nicht-detektierten unterscheiden. Generell sind die absorptionskorrigierten Gammaleuchtkräfte der HBLs bei 200GeV nicht höher als ihre Röntgenleuchtkräfte bei 1keV. Basierend auf einem vollständigen Röntgen-BL Lac-Sample, dem Hamburg-ROSAT-Röntgen-BL Lac-Sample, wurde die Anzahl der zu erwartenden VHE-Quellen für die durchgeführte Durchmusterung abgeschätzt, wobei eine konsistente Anzahl erreicht wird, unter der Annahme einer Vollständigkeit des untersuchten Samples von 37% sowie ein 1keV-zu-200GeV Leuchtkraftverhältnis von 1,4. Eine Obergrenze an den gesammten Fluss pro Raumwinkel bei 200GeV wurde durch eine Interpolation der Summe der beobachteten Flüsse und Fluss-Obergrenzen berechnet. Innerhalb der Ungenauigkeiten ist das Ergebnis in Übereinstimmung mit den Erwartungen die aus der Röntgen-Leuchtkraftfunktion der BL Lacs abgeleitet wurde. Für 1ES 1218+304 und 1ES 2344+514 wurden die Lichtkurven bestimmt, welche Anzeichen von Flussvariabilität auf einer Zeitskala von 17 Tagen beziehungsweise 24 Stunden aufweisen. Im Falle von 1ES 1218+304 wurde zum ersten Mal zeitliche Variabilität bei sehr hohen Energien gesehen. Für beide Quellen wurden die Energiespektren rekonstruiert und im Kontext ihrer spektralen Energieverteilung (SED) diskutiert, wobei ein ein-Zonen-Synchrotron-selbst-Compton-Modell verwendet wurde. Die SEDs wurden von der Simulation gut beschrieben, auch wenn die sehr hohen Energien der Maxima im Gammabereich das Modell an seine Grenzen bringen. Die von der Simulation abgeleiteten Parameter stimmen gut mit den Parametern, die für ähnliche HBLs gefunden wurden überein. KW - Aktiver galaktischer Kern KW - Gammastrahlung KW - active galactic nuclei KW - gamma radiation KW - cherenkov telescope Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-28115 ER - TY - THES A1 - Koslowski, Tim Andreas T1 - Cosmological Sectors in Loop Quantum Gravity T1 - Kosmologische Sektoren in der Schleifenquantengravitation N2 - This thesis is concerned with the description of macroscopic geometries through Loop Quantum Gravity, and there particularly with the description of cosmology within full Loop Quantum Gravity. For this purpose we depart from two distinct (classically virtually equivalent) ansätze: One is phase space reduction and the other is the restriction to particular states. It turns out that the quantum analogue of these two approaches are fundamentally different: The quantum analogue of phase space reduction needs the reformulation in terms of the observable Poisson algebra, so it can be applied to the noncommutative quantum phase space: It rests on the observation that the observable Poisson algebra of classical canonical cosmology is induced by the embedding of the reduced cosmological phase space into the phase space of full General Relativity. Using techniques related to Rieffel-induction, we develop a construction for a noncommutative embedding that has a classical limit that is described by a Poisson embedding. To be able to use this class of noncommutative embeddings for Loop Quantum Gravity, one needs a complete group of diffeomorphisms for the quantum theory, which is constructed. These two results are applied to construct a quantum embedding of a cosmological sector into full Loop Quantum Gravity. The embedded cosmological sector turns out to be discrete, like standard Loop Quantum Cosmology and can be interpreted as a super-selection sector thereof; however due to pathologies of the dynamics of full Loop Quantum Gravity, one can not induce a meaningful dynamics for this cosmological sector. The quantum analogue of restricting the space of states is achieved by explicitly constructing states for Loop Quantum Gravity with smooth geometry. These states do not exist within the Hilbert space of Loop Quantum Gravity, but as states on the observable algebra of Loop Quantum Gravity. This observable algebra is built from spin network functions, area operators and a restricted set of fluxes. For this algebra to be physically complete, we needed to construct a version of Loop Quantum Geometry based on a fundamental area operator. This version of Loop Quantum Geometry is constructed. Since the smooth geometry states are not in the Hilbert space of standard Loop Quantum Gravity, we needed to calculate the Hilbert space representation that contains them using the GNS construction. This representation of the observable algebra can be illustrated as a classical condensate of geometry with quantum fluctuations thereon. Using these representations we construct a quantum-minisuperspace, which allows for an interpretation of standard Loop Quantum Cosmology in terms of these states and led us to conjecture a new approach for the implementation of dynamics for Loop Quantum Gravity. N2 - Die vorliegende Arbeit ist mit der Beschreibung makroskopischer Geometrien durch Schleifengravitation befasst und zwar insbesondere mit der Beschreibung von Kosmologie innerhalb der vollen Schleifengravitation. Für dieses Ziel verwenden wir zwei unterscheidliche (jedoch auf klassischem Level scheinbar äquivalente) Ansätze: Einerseits betrachten wir die Reduktion des Phasenraumes und andererseits die Beschränkung auf bestimmte Zustände. Es stellt sich jedoch heraus, dass sich die Quantenanaloga dieser beiden Zugänge fundamental unterscheiden: Das Quantenanalogon der Phasenraumreduktion muss als Aussage über die Observablen-Poissonalgebra umformuliert werden bevor sie auf den nichtkommutativen Phasenraum von Quantentheorien angewendet werden kann: Die zugrundeliegende Beobachtung ist, dass die Observablen-Poissonalgebra von klassischer kanonischer Kosmologie durch die Einbettung des kosmologischen Phasenraumes in den Phasenraum der Allgemeinen Relativitätstheorie induziert wird. Damit können wir eine Technik, die von der Rieffelinduktion abgeschaut ist, anwenden um die Konstruktion einer nichtkommutativen Einbettung zu entwickeln, welche sich im klassischen Limes zu einer Poissoneinbettung reduziert. Um diese Konstruktion der Einbettung auf die Schleifenquantengravitation anwenden zu können benötigt man eine vollständige Diffeomorphismengruppe für die Quantentheorie, welche erarbeitet wird. Diese beiden Ergebnisse werden angewendet um die Quanteneinbettung eines kosmologischen Sektors in die volle Schleifengravitation zu konstruieren. Dieser ist, wie die standard Schleifenkosmologie diskret und kann als Auswahlsektor derselben interpretiert werden; aufgrund von Pathologien in der Dynamik der vollen Schleifengravitation lässt sich aus dieser jedoch keine sinnvolle Dynamik für den kosmologischen Sektor induzieren. Das Quantenanalogon der Beschränkung des Raumes der Zustände basiert auf der expliziten Konstruktion von Zuständen, die eine glatte räumliche Geometrie beschreiben. Diese Zustände existieren zwar nicht im Hilbertraum der Schleifenquantengravitation, aber als Zustände auf der Observablenalgebra der Schleifenquantengravitation. Diese Observablenalgebra wird aus den Spinnetzwerken, den Flächenoperatoren und einer eingeschränkten Menge der Flüsse konstruiert. Um zu zeigen, dass diese Observablenalgebra physikalisch vollständig ist benötigen wir eine Schleifenquantengeometrie, die auf einem fundamentalen Flächenoperator aufbaut. Diese Schleifenquantengeometrie wird konstruiert. Nachdem die Zustände mit glatter Geometrie nicht im Hilbertraum der standard Schliefengravitation liegen, müssen wir aus diesen Zuständen Hilbertraumdarstellungen der Observablenalgebra durch die GNS-Konstruktion erschaffen. Diese Darstellung kann mit dem Bild eines klassichen Kondensats von Geometrie, um welches Quantenfluktuationen existieren, illustriert werden. Ausgehend von diesen Darstellungen konstruieren wir einen Quanten-Minisuperraum, welcher eine Interpretation der standard Schleifenkosmologie durch diese Zustände erlaubt. Dieser Zugang gab uns ausserdem den Hinweis auf eine mögliche Konstruktion einer Dynamik für die volle Schleifenquantengravitation. KW - Gravitation KW - Quantengravitation KW - Quantenkosmologie KW - qravitation KW - quantum gravity KW - quantum cosmology Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-28244 ER - TY - THES A1 - Wagner, Alexander T1 - Production of Sleptons in e¯e¯-Collisions T1 - Produktion von Sleptonen in e¯e¯-Kollisionen N2 - Supersymmetry is currently the best motivated extension of the Standard Model and will be subject to extensive studies in the upcoming generation of colliders. The e-e- mode would be a straight forward extension to the currently planed International Linear Collider, planned to operate in e+e- mode. The low background in this mode may prove advantageous in the study of CP- and Lepton Flavour Violtation. In this work a CP sensitive observable based on transverse beam polarisation is introduced and the impact of neutralino mixing on the total cross section in cas of non-vanishing CP-violtating phases is studied in representative scenarios including non-GUT scenarios. Additionally, the mixing of sleptons is studied in the context of LFV, an analytical approximation is developed, and possible background free measurements of these effects are investigated. N2 - Supersymmetrie ist derzeit die bestmotivierte Erweiterung des Standardmodells und wird in der nächsten Generation von Beschleunigern intensiv studiert werden. Der e-e- Modus des geplanten International Linear Collider, welcher zunächst im e+e- Modus betrieben werden soll, stellt hier eine direkte Erweiterung da, die durch ihren niedrigen Untergrund vorteilhaft für das Studium CP- und Lepton Flavour verletzender Effekte sein kann. In dieser Arbeit wird eine CP sensitive Observable basierend auf transversaler Strahlpolarisation vorgestellt sowie der Einfluss der Neutralinomischung auf den totalen wirkungsquerschnitt im Falle nichtverschwindender CP-verletztender Phasen in repräsentativen Szenarien, auch non-GUT-Szenarien, untersucht. Ferner wird die Mischung der Sleptonen im Kontext von Lepton-Flavour-Verletzung näher beleuchtet, eine analytische Näherung entwickelt und die möglicherweise Untergrundfreie Messung dieser Effekte untersucht. KW - Supersymmetrie KW - Tesla KW - ILC KW - Teilchenspektrum KW - CP-Parität KW - Flavourmischung KW - Slepton KW - Leptonflavourverletzung KW - CP-Veretzung KW - MSSM KW - Linearbeschleuniger KW - Elektron-Elektron-Streuung KW - Strahlpolarisation KW - Slepton KW - MSSM KW - Linearcollider KW - LFV KW - CP-Violation KW - Beam polarisation Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-28307 ER - TY - THES A1 - Hochkeppel, Stephan T1 - One- and Two-Particle Correlation Functions in the Dynamical Quantum Cluster Approach T1 - Ein- und Zwei-Teilchen Korrelationsfunktionen in der Dynamischen Quanten Cluster Näherung N2 - This thesis is dedicated to a theoretical study of the 1-band Hubbard model in the strong coupling limit. The investigation is based on the Dynamical Cluster Approximation (DCA) which systematically restores non-local corrections to the Dynamical Mean Field approximation (DMFA). The DCA is formulated in momentum space and is characterised by a patching of the Brillouin zone where momentum conservation is only recovered between two patches. The approximation works well if k-space correlation functions show a weak momentum dependence. In order to study the temperature and doping dependence of the spin- and charge excitation spectra, we explicitly extend the Dynamical Cluster Approximation to two-particle response functions. The full irreducible two-particle vertex with three momenta and frequencies is approximated by an effective vertex dependent on the momentum and frequency of the spin and/or charge excitations. The effective vertex is calculated by using the Quantum Monte Carlo method on the finite cluster whereas the analytical continuation of dynamical quantities is performed by a stochastic version of the maximum entropy method. A comparison with high temperature auxiliary field quantum Monte Carlo data serves as a benchmark for our approach to two-particle correlation functions. Our method can reproduce basic characteristics of the spin- and charge excitation spectrum. Near and beyond optimal doping, our results provide a consistent overall picture of the interplay between charge, spin and single-particle excitations: a collective spin mode emerges at optimal doping and sufficiently low temperatures in the spin response spectrum and exhibits the energy scale of the magnetic exchange interaction J. Simultaneously, the low energy single-particle excitations are characterised by a coherent quasiparticle with bandwidth J. The origin of the quasiparticle can be quite well understood in a picture of a more or less antiferromagnetic ordered background in which holes are dressed by spin-excitations to allow for a coherent motion. By increasing doping, all features which are linked to the spin-polaron vanish in the single-particle as well as two-particle spin response spectrum. In the second part of the thesis an analysis of superconductivity in the Hubbard model is presented. The superconducting instability is implemented within the Dynamical Cluster Approximation by essentially allowing U(1) symmetry breaking baths in the QMC calculations for the cluster. The superconducting transition temperature T_c is derived from the d-wave order parameter which is directly estimated on the Monte Carlo cluster. The critical temperature T_c is in astonishing agreement with the temperature scale estimated by the divergence of the pair-field susceptibility in the paramagnetic phase. A detailed study of the pseudo and superconducting gap is continued by the investigation of the local and angle-resolved spectral function. N2 - In der vorliegenden Arbeit wird das zwei-dimensionale Hubbard Modell im Bereich stark wechselwirkender Elektronen mit Hilfe der Dynamischen Cluster Approximation (DCA) untersucht. Im Rahmen der DCA wird das gegebene Gitter-Problem auf einen Cluster, der selbst-konsistent in einem effektiven Medium eingebettet ist, abgebildet. Somit stellt die DCA eine Erweiterung zur Dynamischen Molekularfeld-Theorie dar, indem nicht-lokale Korrelationen berücksichtigt werden. Ein Ziel dieser Arbeit stellt die Untersuchung von dynamischen Korrelationsfunktionen für das Hubbard Modell dar. Dazu wird die Dynamische Cluster Approximation auf die Untersuchung von Zwei-Teilchen Korrelationsfunktionen erweitert. Der volle irreduzible Zweiteilchen-Vertex mit drei Impulsen und Frequenzen wird durch einen effektiven Vertex, dessen Impuls und Frequenzabhängigkeit durch das Spin- bzw. Ladungs-Anregungsspektrum gegeben ist, approximiert. Der effektive Vertex wird mit Hilfe der Quanten Monte Carlo Technik auf einem endlichen Cluster bestimmt, wobei die dynamischen Grössen durch eine stochastische Version der Maximum Entropie Methode auf die reelle Frequenz-Achse analytisch fortgesetzt werden. Ein Vergleich mit dem gewöhnlichen BSS Quanten Monte Carlo Verfahren dient als Maßstab für unsere Näherung der Zwei-Teilchen Korrelationsfunktionen. Der Vergleich zeigt auf, dass unsere Methode grundlegende Eigenschaften des Spin- und Ladungs-Anregungsspektrums reproduzieren kann. Für optimale bzw. höhere Dotierungen erhalten wir ein übereinstimmendes Gesamtbild zwischen Ladungs-, Spin-, und Ein-Teilchen-Anregungsspektrum: bei optimaler Dotierung und hinreichend niedriger Temperatur tritt eine kollektive Spin-Mode im Spin-Anregungsspektrum auf und zeigt einen Energiezweig mit der Energieskala J, wobei J die magnetische Austauschenergie beschreibt. Gleichzeitig werden die Niederenergie-Anregungen im Ein-Teilchen-Spektrum durch ein Quasiteilchenband mit Bandbreite J beschrieben. Der Ursprung des Quasiteilchens lässt sich durch das Bild eines mehr oder weniger geordneten antiferromagnetischen Hintergrundes erklären, in dem sich Löcher umgeben von einer Wolke von Spin-Anregungen kohärent durch das Gitter bewegen. Bei zunehmender Dotierung verschwinden sowohl im Ein-Teilchen, als auch im Zwei-Teilchen Spin-Spektrum alle Anzeichen, die im Zusammenhang mit der Niederenergie-Skala J und dem oben beschriebenen Spin-Polaron stehen. Die Änderung der Dotierung führt des weiteren zu einem Transfer von spektralem Gewicht im Ein-Teilchen Spektrum, der sich ebenfalls im Ladungs-Anregungsspektrum bemerkbar macht. Im zweiten Teil der Arbeit wird eine Analyse über die supraleitenden Eigenschaften des Hubbard Modells präsentiert. Die supraleitende Instabilität wird im Rahmen der Dynamischen Cluster Approximation durch die Implementierung eines U(1)-Symmetrie brechenden Mediums in der Monte Carlo Rechnung für den Cluster berücksichtigt. Die supraleitende Übergangstemperatur T_c wird von dem Wert des auf dem Cluster bestimmten d-Wellen Ordnungsparameters abgeleitet. Die kritische Temperatur T_c ist in überraschend guter Übereinstimmung mit der Energieskala, die durch eine Divergenz der Paarfeld-Suszeptibilität in der paramagnetischen Phase bestimmt worden ist. Die Temperaturabhängigkeit der Pseudo- und supraleitenden Lücke wird mit der Bestimmung der Zustandsdichte und der Impuls-aufgelösten Spektralfunktion untersucht. Im Gegensatz zur der Herausbildung einer supraleitenden Lücke unterhalb der Sprungtemperatur, kann die Bildung einer Pseudo-Lücke in der Impuls-abhängigen Spektraldichte nicht aufgelöst werden. KW - Festkörpertheorie KW - Hubbard-Modell KW - Magnetismus KW - Cuprate KW - Hochtemperatursupraleiter KW - Dynamische Cluster Approximation KW - Maximum Entropie Methode KW - Korrelationsfunktionen KW - Dynamical Cluster Approximation KW - Maximum Entropy Method KW - Correlation Functions Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-28705 ER - TY - THES A1 - Speckner, Christian T1 - LHC Phenomenology of the Three-Site Higgsless Model T1 - LHC-Phänomenologie des Three-Site Higgsless Model N2 - The Three-Site Higgsless Model is alternative implementation of electroweak symmetry breaking which in the Standard Model is mediated by the Higgs mechanism. The main features of this model is the appearance of two new heavy vector resonances W' and Z' with masses > 380 GeV as well as a set of new heavy fermions (> 1.8 TeV). In this model, unitarity of the amplitudes for the scattering of longitudinal gauge bosons is maintained by the exchange of the W' and Z' up to a scale of ~2 TeV. Consistency with the electroweak precision observables from the LEP / LEP-II experiments implies an exceedingly small coupling of the new vector bosons to the light Standard Model fermions (about 3% of the isospin gauge coupling). In this thesis, the LHC phenomenology of this scenario is explored. To this end, we calculated the couplings and widths of all the new particles and implemented the model into the Monte-Carlo eventgenerator WHIZARD / O'Mega. With this implementation, we simulated the parton-level production of the gauge boson and fermion partners in different channels possibly suitable for their discovery at the LHC. The results are presented together with an introduction to the model and a discussion of its properties. We find that, while the fermiophobic nature of the new heavy gauge bosons does make them intrinsically difficult to observe at a collider, the LHC should be able to establish the existence of both resonances and even give some hints about the properties of their couplings which would be a vital test of the consistency of such a scenario. For the heavy fermions, we find that their large mass is accompanied by relative widths of more than $10\%$, making them ill-suited for a direct discovery at the LHC. Nevertheless, our simulations reveal that there is a part of parameter space where, given enough time, patience and a good understanding of detector and backgrounds, a direct discovery might be possible. N2 - Das "Three-Site Higgsless Model" ist eine alternative Implementation der Elektroschwachen Symmetriebrechung, welche im Standardmodell der Teilchenphysik durch den Higgsmechanismus erfolgt. Die wesentlichen Eigenschaften dieses Modell sind das Auftreten zweier neuer schwerer Vektorresonanzen W' und Z' mit Massen > 380 GeV sowie eines Satzes von schweren (> 1.8 TeV) Fermionen. Die Unitarität der Amplituden für die Streuung longitudinaler Eichbosonen wird in diesem Modell durch den Austausch von der W' und Z' bis zu einer Skala von ~2 TeV sichergestellt. Konsistenz mit den elektroschwachen Präzisionsobservablen aus den LEP / LEP-II Experimenten bedingt eine äußerst kleine Kopplung der neuen Vektorbosonen an die leichten Fermionen des Standardmodells (etwa 3% der Isospin-Eichkopplung). In dieser Doktorarbeit wird die LHC-Phänomenologie dieses Szenarios untersucht. Zu diesem Zwecke wurden die Kopplungen und Breiten aller neuen Teilchen berechnet und das Modell in den Monte-Carlo-Generator WHIZARD / O'Mega implementiert. Diese Implementation wurde verwendet, um die Produktion der Fermion- und Eichbosonpartner auf Partonniveau in verschiedenen Kanälen zu simulieren, welche sich für die Entdeckung am LHC eignen könnten. Die Ergebnisse werden zusammen mit ein Einführung in das Modell sowie einer Diskussion der Modelleigenschaften präsentiert. Obwohl ihre fermiophobe Natur die Entdeckung der schweren Eichbosonen an Teilchenbeschleunigern grundsätzlich erschwert, zeigt sich, daß der LHC die entsprechenden Resonanzen finden kann und sogar einige Rückschlüsse auf die Stärke der fermiophoben Kopplungen (was ein wesentlicher Test der Konsistenz eines solchen Szenarios wäre) zulassen sollte. Bei der Berechnung der Breite der schweren Fermionen stellt sich heraus, daß zu der großen Masse auch relative Breiten von 10% und mehr kommen, so daß diese Teilchen sich eher schlecht für eine direkte Entdeckung am LHC eignen. Trotzdem zeigen die Simulationen daß, hinreichend viel Zeit, Geduld sowie ein gutes Verständnis von Detektor und Hintergrund vorausgesetzt, eine direkte Entdeckung zumindest in einem Teil des Parameterraums möglich ist. KW - LHC KW - Phänomenologie KW - Theoretische Physik KW - Elementarteilchenphysik KW - Theoretical Physics KW - Particle Physics KW - LHC KW - Phenomenology Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-45931 ER - TY - THES A1 - Brehm, Sascha T1 - Two-Particle Excitations in the Hubbard Model for High-Temperature Superconductors: A Quantum Cluster Study T1 - Zwei-Teilchen Anregungen im Hubbard Modell für Hochtemperatur-Supraleiter: Eine Quanten-Cluster Untersuchung N2 - Two-particle excitations, such as spin and charge excitations, play a key role in high-Tc cuprate superconductors (HTSC). Due to the antiferromagnetism of the parent compound the magnetic excitations are supposed to be directly related to the mechanism of superconductivity. In particular, the so-called resonance mode is a promising candidate for the pairing glue, a bosonic excitation mediating the electronic pairing. In addition, its interactions with itinerant electrons may be responsible for some of the observed properties of HTSC. Hence, getting to the bottom of the resonance mode is crucial for a deeper understanding of the cuprate materials . To analyze the corresponding two-particle correlation functions we develop in the present thesis a new, non-perturbative and parameter-free technique for T=0 which is based on the Variational Cluster Approach (VCA, an embedded cluster method for one-particle Green's functions). Guided by the spirit of the VCA we extract an effective electron-hole vertex from an isolated cluster and use a fully renormalized bubble susceptibility chi0 including the VCA one-particle propagators.Within our new approach, the magnetic excitations of HTSC are shown to be reproduced for the Hubbard model within the relevant strong-coupling regime. Exceptionally, the famous resonance mode occurring in the underdoped regime within the superconductivity-induced gap of spin-flip electron-hole excitations is obtained. Its intensity and hourglass dispersion are in good overall agreement with experiments. Furthermore, characteristic features such as the position in energy of the resonance mode and the difference of the imaginary part of the susceptibility in the superconducting and the normal states are in accord with Inelastic Neutron Scattering (INS) experiments. For the first time, a strongly-correlated parameter-free calculation revealed these salient magnetic properties supporting the S=1 magnetic exciton scenario for the resonance mode. Besides the INS data on magnetic properties further important new insights were gained recently via ARPES (Angle-Resolved Photoemission-Spectroscopy) and Raman experiments which disclosed a quite different doping dependence of the antinodal compared to the near-nodal gap. This thesis provides an approach to the Raman response similar to the magnetic case for inspecting this gap dichotomy. In agreement with experiments and one-particle data obtained in the VCA, we recover the antinodal gap decreasing and the near-nodal gap increasing as a function of doping. Hence, our results prove the Hubbard model to account for these salient gap features. In summary, we develop a two-particle cluster approach which is appropriate for the strongly-correlated regime and contains no free parameter. Our results obtained with this new approach combined with the phase diagram and the one-particle excitations obtained in the VCA strongly constitute a Hubbard model description of HTSC cuprate materials. N2 - Zwei-Teilchen Anregungen, darunter Spin und Ladungs Anregungen, sind von besonderer Bedeutung in Hoch-Tc Kuprat Supraleitern (HTSL). Aufgrund der antiferromagnetischen Phase bei niedrigen Dotierungen werden magnetische Anregungen direkt mit dem Mechanismus der Supraleitung in Verbindung gebracht. Gerade die sogenannte Resonanzmode ist ein vielversprechender Kandidat für den pairing glue, eine bosonische Anregung, welche die Paarung von Elektronen induziert. Weiterhin wird deren Wechselwirkung mit itineranten Elektronen verantwortlich gemacht für einige der beobachteten Eigenschaften der HTSL. Für ein tieferes Verständnis der Kuprate ist es daher unerlässlich, der Resonanzmode auf den Grund zu gehen. Um die entsprechenden Zwei-Teilchen Korrelationsfunktionen zu analysieren, entwickeln wir auf Basis des Variational Cluster Approach (VCA, eine Cluster Methode, um Ein-Teilchen Green Funktionen zu berechnen) in der vorliegenden Dissertation eine neue, nicht-perturbative und parameterfreie Technik für T=0. Im Sinne der VCA berechnen wir einen effektiven Elektron-Loch Vertex auf einem einzelnen Cluster und verwenden eine vollkommen renormierte Bubble Suszeptibilität chi0, welche die VCA Ein-Teilchen-Propagatoren beinhaltet. Mit Hilfe unserer neuen Technik können wir die magnetischen Anregungen der HTSL im Rahmen des Hubbard Modells in der stark korrellierten Phase reproduzieren. Als herausragendes Ergebnis erhalten wir die berühmte Resonanzmode im underdotierten Bereich innerhalb des von der Supraleitung induzierten Gaps der Spin-Flip Elektron-Loch Anregungen. Deren Intensität und Sanduhren-förmige Dispersion zeigen eine sehr gute Übereinstimmung mit den Experimenten. Weiterhin sind charakteristische Eigenschaften, wie die Energie der Resonanzmode oder die Differenz des Imaginärteils der Suszeptibilität in der supraleitenden und normalen Phase im Einklang mit Inelastischen Neutronenstreu (INS) Experimenten. Zum ersten Mal bringt eine stark-korrellierte und parameterfreie theoretische Rechnung diese besonderen magnetischen Eigenschaften hervor und bekräftigt damit die Erklärung der Resonanzmode als S=1 magnetisches Exziton. Neben den INS Resultaten zu magnetischen Eigenschaften wurden kürzlich weitere wichtige neue Erkenntnisse mittels ARPES (Winkelaufgelöste Photoemissionen Spektroskopie) und Raman Experimenten erhalten. Beide legten eine deutlich unterschiedliche Dotierungsabhängigkeit des anti-nodalen Gaps verglichen mit dem Gap nahe des nodalen Punktes offen. Im Rahmen dieser Dissertation wird eine der magnetischen Berechnung ähnliche Technik für den Raman Response benutzt, um dieses unterschiedliche Verhalten des Gaps zu untersuchen. Übereinstimmend mit den Experimenten und Ein-Teilchen Ergebnissen aus VCA Rechnungen bekommen wir ein Abfallen des anti-nodalen Gaps und Ansteigen des Gaps nahe dem nodalen Punkt als Funktion der Dotierung. Folglich zeigen unsere Ergebnisse, dass das Hubbard Modell diese besonderen Eigenschaften des Gaps beinhaltet. Zusammenfassend entwickeln wir eine Zwei-Teilchen Cluster Technik, welche für stark korrellierte Systeme geeignet ist und keine freien Parameter enthält. Unsere Ergebnisse mit dieser neuen Technik in Verbindung mit dem Phasendiagramm und Ein-Teilchen Anregungen der VCA Rechnungen bekräftigen mit Nachdruck eine Beschreibung der HTSL Kuprate auf Basis des Hubbard Modells. KW - Hochtemperatursupraleiter KW - Hubbard-Modell KW - Magnetismus KW - Starke Kopplung KW - High-temperature superconductivity KW - Hubbard model KW - magnetism KW - strong correlated electrons Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-38719 ER - TY - THES A1 - Plentinger, Florian T1 - Systematic Model Building with Flavor Symmetries T1 - Systematischer Modellbau mit Flavor Symmetrien N2 - Die Beobachtung von Neutrinomassen und Leptonenmischungen haben gezeigt, dass das Standard-Modell unvollständig ist. Im Zuge dieser Entdeckung tauchen neue Fragestellungen auf: warum sind die Neutrinomassen so klein, wie sieht ihre Massenhierarchie aus, warum sind die Mischungen im Quark- und Leptonen-Sektor so unterschiedlich oder welche Form hat der Higgs-Sektor. Um diese Fragen zu beantworten und um zukünftige experimentelle Daten vorherzusagen, werden verschiedene Ansätze betrachtet. Besonders interessant sind Grand Unified Theories, wie SU(5) oder SO(10). GUTs sind vertikale Symmetrien, da sie die SM-Teilchen in Multipletts vereinheitlichen und üblicherweise neue Elementarteilchen vorhersagen, die durch den Seesaw-Mechanismus, auf natürliche Weise die Kleinheit der Neutrinomassen erklären. Darüberhinaus sind auch horizontale Symmetrien, d.h. Flavor-Symmetrien, welche auf den Generationen-Raum der SM-Teilchen wirken, interessant. Sie können die Quark- und Leptonen-Massenhierarchien, sowie die unterschiedlichen Quark- und Leptonenmischungen, erklären. Ausserdem beeinflussen Flavor-Symmetrien massgeblich den Higgs-Sektor und sagen bestimmte Formen von Massenmatrizen vorher. Diese hohe Vorhersagekraft machen GUTs und Flavor-Symmetrien sowohl für Theoretiker, als auch für Experimentalphysiker interessant. Solche Erweiterungen des SM können mit weiteren Konzepten wie Supersymmetrie oder extra Dimensionen kombiniert werden. Hinzu kommt, dass sie für gewöhnlich Auswirkungen auf die beobachtete Materie-Antimaterie Asymmetrie des Universums haben und einen dunkle Materie Kandidaten beinhalten können. Im Allgemeinen sagen sie auch die seltene Leptonenzahl verletzenden Zerfälle mu -> e gamma, tau -> mu gamma und tau -> e gamma vorher, die stark von Experimenten eingeschränkt sind, aber möglicherweise in der Zukunft beobachtet werden. In dieser Arbeit kombinieren wir all diese Zugänge, d.h. GUTs, den Seesaw-Mechanismus und Flavor-Symmetrien. Drüber hinaus ist unser Anliegen einen systematischen Zugang zum Modellbau zu entwickeln und durchzuführen, sowie die Suche nach phänomenologischen Implikationen. Dies stellt eine neue Sichtweise im Modellbau dar, da es uns erlaubt bestimmte Modelle durch ihre theoretischen und phänomenologischen Vorhersagen zu filtern. D.h. wir können weitere Einschränkungen an Modelle fordern, um ein bestimmtes auszuwählen. Die Ergebnisse unserer Herangehensweise sind zum Beispiel mannigfaltige Leptonen-Flavor- und GUT-Modelle, ein systematischer Scan von Leptonenzahl verletzenden Prozessen, neue Massenmatrizen, eine neues Veständnis der Leptonenmischungswinkel, eine Verallgemeinerung der Idee der Quark-Leptonen-Komplementarität theta_12=pi/4-epsilon/sqrt{2} und zum ersten Mal die QLC-Relation in einer SU(5) GUT. N2 - The observation of neutrino masses and lepton mixing has highlighted the incompleteness of the Standard Model of particle physics. In conjunction with this discovery, new questions arise: why are the neutrino masses so small, which form has their mass hierarchy, why is the mixing in the quark and lepton sectors so different or what is the structure of the Higgs sector. In order to address these issues and to predict future experimental results, different approaches are considered. One particularly interesting possibility, are Grand Unified Theories such as SU(5) or SO(10). GUTs are vertical symmetries since they unify the SM particles into multiplets and usually predict new particles which can naturally explain the smallness of the neutrino masses via the seesaw mechanism. On the other hand, also horizontal symmetries, i.e., flavor symmetries, acting on the generation space of the SM particles, are promising. They can serve as an explanation for the quark and lepton mass hierarchies as well as for the different mixings in the quark and lepton sectors. In addition, flavor symmetries are significantly involved in the Higgs sector and predict certain forms of mass matrices. This high predictivity makes GUTs and flavor symmetries interesting for both, theorists and experimentalists. These extensions of the SM can be also combined with theories such as supersymmetry or extra dimensions. In addition, they usually have implications on the observed matter-antimatter asymmetry of the universe or can provide a dark matter candidate. In general, they also predict the lepton flavor violating rare decays mu -> e gamma, tau -> mu gamma and tau -> e gamma which are strongly bounded by experiments but might be observed in the future. In this thesis, we combine all of these approaches, i.e., GUTs, the seesaw mechanism and flavor symmetries. Moreover, our request is to develop and perform a systematic model building approach with flavor symmetries and to search for phenomenological implications. This provides a new perspective in model building since it allows us to screen models by its predictions on the theoretical and phenomenological side, i.e., we can apply further model constraints to single out a desired model. The results of our approach are, e.g., diverse lepton flavor and GUT models, a systematic scan of lepton flavor violation, new mass matrices, a new understanding of lepton mixing angles, a general extension of the idea of quark-lepton complementarity theta_12=pi/4-epsilon/sqrt{2} and for the first time the QLC relation in an SU(5) GUT. KW - Symmetrie KW - Flavour KW - Flavor Symmetrie KW - GUT KW - Textur KW - Massenmatrix KW - PMNS KW - Neutrinooszillation KW - Flavourmischung KW - CKM-Matrix KW - Große Vereinheitlichung KW - flavor symmetry KW - GUT KW - texture KW - mass matrix KW - PMNS Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-38077 ER - TY - THES A1 - Elbracht, Oliver T1 - Wave Extraction in Numerical Relativity T1 - Extraktion von Gravitationswellen in numerischer Relativitätstheorie N2 - Diese Arbeit konzentriert sich auf eine fundamentale Problematik der numerischen Relativitätstheorie: Die Extraktion von Gravitationswellen in einer eich- und koordinateninvarianten Formulierung, um ein physikalisch interpretierbares Objekt zu erhalten. Es wird eine neue Methodik entwickelt, um die physikalisch relevanten Größen aus einer numerisch erzeugten Raumzeit zu extrahieren. Wir präsentieren eine allgemeingültige kanonische Formulierung der Weyl Skalare im Newman-Penrose Formalismus als eine Funktion von fundamentalen Raumzeit-Invarianten. Dadurch zeigt sich, dass mit Hilfe dieser Methodik die explizite Konstruktion eines Vierbeins vollständig redundant ist. Als weiteren Schwerpunkt charakterisieren wir innerhalb des Newman-Penrose Formalismus eine spezielle Untergruppe von Tetraden, die transversen Frames. Es wird eine bisher unbekannte Verbindung zwischen den primär genutzen Vierbeinen für die Extraktion der Wellenform abgeleitet, dem Gram-Schmidt Vierbein und dem quasi-Kinnersley Vierbein. Abschliessend studieren wir die Abhängigkeit der Gravitationswellen eines gestörten Schwarzen Loches vom verwendeten Vierbein. Wir berechnen die Form der Gravitationswellen in dieser Raumzeit und demonstrieren inwieweit unsere neue Methodik robustere und exaktere Ergebnisse liefert, als die gewöhnlich verwendeten Ansätze zur Extraktion des Signals. N2 - This work focuses on a fundamental problem in modern numerical rela- tivity: Extracting gravitational waves in a coordinate and gauge independent way to nourish a unique and physically meaningful expression. We adopt a new procedure to extract the physically relevant quantities from the numerically evolved space-time. We introduce a general canonical form for the Weyl scalars in terms of fundamental space-time invariants, and demonstrate how this ap- proach supersedes the explicit definition of a particular null tetrad. As a second objective, we further characterize a particular sub-class of tetrads in the Newman-Penrose formalism: the transverse frames. We establish a new connection between the two major frames for wave extraction: namely the Gram-Schmidt frame, and the quasi-Kinnersley frame. Finally, we study how the expressions for the Weyl scalars depend on the tetrad we choose, in a space-time containing distorted black holes. We apply our newly developed method and demonstrate the advantage of our approach, compared with methods commonly used in numerical relativity. KW - Allgemeine Relativitätstheorie KW - Gravitationswelle KW - gravitational waves Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-40672 ER - TY - THES A1 - Berger, Karsten T1 - Discovery and Characterization of the first Low-Peaked and Intermediate-Peaked BL Lacertae Objects in the Very High Energy Gamma-Ray Regime T1 - Entdeckung und Charakterisierung der ersten "low-peaked" und "intermediate-peaked" BL Lacertae Objekte im Hochenergetischen Gammabereich N2 - 20 years after the discovery of the Crab Nebula as a source of very high energy gamma-rays, the number of sources newly discovered above 100 GeV using ground-based Cherenkov telescopes has considerably grown, at the time of writing of this thesis to a total of 81. The sources are of different types, including galactic sources such as supernova remnants, pulsars, binary systems, or so-far unidentified accelerators and extragalactic sources such as blazars and radio galaxies. The goal of this thesis work was to search for gamma-ray emission from a particular type of blazars previously undetected at very high gamma-ray energies, by using the MAGIC telescope. Those blazars previously detected were all of the same type, the so-called high-peaked BL Lacertae objects. The sources emit purely non-thermal emission, and exhibit a peak in their radio-to-X-ray spectral energy distribution at X-ray energies. The entire blazar population extends from these rare, low-luminosity BL Lacertae objects with peaks at X-ray energies to the much more numerous, high-luminosity infrared-peaked radio quasars. Indeed, the low-peaked sources dominate the source counts obtained from space-borne observations at gamma-ray energies up to 10 GeV. Their spectra observed at lower gamma-ray energies show power-law extensions to higher energies, although theoretical models suggest them to turn over at energies below 100 GeV. This opened the quest for MAGIC as the Cherenkov telescope with the currently lowest energy threshold. In the framework of this thesis, the search was focused on the prominent sources BL Lac, W Comae and S5 0716+714, respectively. Two of the sources were unambiguously discovered at very high energy gamma-rays with the MAGIC telescope, based on the analysis of a total of about 150 hours worth of data collected between 2005 and 2008. The analysis of this very large data set required novel techniques for treating the effects of twilight conditions on the data quality. This was successfully achieved and resulted in a vastly improved performance of the MAGIC telescope in monitoring campaigns. The detections of low-peaked and intermediate-peaked BL Lac objects are in line with theoretical expectations, but push the models based on electron shock acceleration and inverse-Compton cooling to their limits. The short variability time scales of the order of one day observed at very high energies show that the gamma-rays originate rather close to the putative supermassive black holes in the centers of blazars, corresponding to less than 1000 Schwarzschild radii when taking into account relativistic bulk motion. N2 - 20 Jahre nachdem zum ersten Mal hoch energetische Gamma-Strahlung aus der Richtung des Krabbennebels detektiert wurde, ist die Zahl der mit erdgebundenen Tscherenkow Teleskopen neu entdeckten Quellen oberhalb von 100 GeV erheblich gestiegen, auf insgesamt 81, zum derzeitigen Stand dieser Arbeit. Die Quellen haben unterschiedliche Ursprünge, die von galaktischen Objekten, wie z.B. Supernova Überresten, Pulsaren, Doppelsystemen zu bisher nicht identifizierten Objekten und extragalaktischen Objekten wie Blazaren und Radio Galaxien reicht. Das Ziel dieser Arbeit war es nach Gamma-Strahlung von einer bestimmten Art von Blazaren zu suchen, die bisher nicht im Hochenergie Gamma Bereich detektiert werden konnten. Für die Suche werden die Daten des MAGIC Teleskops auf La Palma verwendet, welches das weltweit größte Teleskop seiner Art ist. Alle bisher entdeckten Blazare waren vom gleichen Typ, der sogenannten Klasse der “high-peaked BL Lacertae”. Diese Quellen emittieren nicht thermische Strahlung und zeigen ein Maximum in der Radio-zu-Röntgen Spektralverteilung bei Röntgenenergien. Die gesamte Blazar Population reicht von diesen seltenen BL Lacertae Objekten mit niedriger Leuchtkraft und einem Maximum im Röntgenbereich hin zu den sehr viel zahlreicheren Radio Quasaren mit hoher Leuchtkraft, deren Maximum der Spektralen Energieverteilung im Infrarotbereich liegt. Tatsächlich dominieren diese “low-peaked” Quellen die Populationsstudien von satellitengestützten Gammabeobachtungen im Energiebereich bis zu 10 GeV. Ihre Spektren im niederenergetischen Gammabereich lassen sich exponentiell bis zu höheren Energien extrapolieren, ohne dass ein Abbruch erkennbar ist, obwohl theoretische Modelle einen Wendepunkt unterhalb von 100 GeV erwarten. Darauf begründet wurden Beobachtungen mit dem MAGIC Tscherenkow Teleskop durchgeführt, welches die derzeit niedrigste Energieschwelle besitzt. Im Rahmen dieser Arbeit konzentrierte sich die Suche auf die bekannten Quellen BL Lac, W Comae und S5 0716+714. Zwei von diesen Quellen wurden eindeutig im Hochenergetischen Gammabereich mit dem MAGIC Teleskop entdeckt, basierend auf insgesamt etwa 150 Stunden an Daten, die zwischen 2005 und 2008 gesammelt wurden. Die Analyse dieses sehr großen Datensatzes benötigte neue Techniken um die Effekte von Beobachtungen unter Dämmerungsbedingungen auf die Datenqualität untersuchen zu können. Die erfolgreiche Anwendung sorgte für eine gewaltige Erweiterung der Performanz des MAGIC Teleskops während Überwachungskampagnen. Die Detektionen der sogenannten “low-peaked” und “intermediate-peaked” Objekte liegt im Rahmen der theoretischen Erwartungen, jedoch werden Modelle, die auf der Schockbeschleunigung von Elektronen und die Kühlung durch den umgekehrten Compton Prozess basieren an ihre Grenzen gebracht. Die beobachtete Kurzzeitvariabilität im hochenergetischen Gammabereich beträgt etwa einen Tag, was zeigt, dass die Gammastrahlung relativ nah am vermuteten Supermassiven Schwarzen Loch entsteht, weniger als 1000 Schwarzschild Radien entfernt, wenn man die Bewegung mit relativistischen Geschwindigkeiten berücksichtigt. KW - Aktiver galaktischer Kern KW - BL-Lacertae-Objekt KW - Gammastrahlung KW - Astronomische Beobachtung KW - Active galactic nuclei KW - BL-Lacertae-object KW - gamma radiation KW - astronomical observation Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-37431 ER - TY - THES A1 - Schutzmeier, Thomas T1 - Matrix elements for the B -> Xsγ decay at NNLO T1 - Matrixelemente des B -> Xsγ Zerfalls auf NNLO N2 - Einer der interssantesten Prozesse im Flavour Sektor des Standard Modells (SM) im Kontext der indirekten Suche nach neuer Physik ist der seltene inklusive Zerfall B -> Xs gamma. Dieser Zerfallskanal entspricht einem neutralen Strom mit Wechsel des Flavours zwischen Anfangs- und Endzustand. Im SM ist ein solcher Uebergang unterdrueckt, da er nur ueber Schleifenbeitraege erfolgen kann, und ist somit sensitiv auf Beitraege neuer Physik. Darueber hinaus sind nichtperturbative Beitraege moderat, was praezise theoretische Vorhersagen im Rahmen einer effektiven Niederenergie Theorie ermoeglicht. Sowohl praezise Messungen als auch genaue theoretische Vorhersagen mit einer guten Kontrolle ueber perturbative und nichtperturbative Effekte sind notwendig, um den Parameterraum von Modellen jenseits des SM einzuschraenken. Experimentell wurde die Zerfallsrate B -> Xs gamma vor Allem mit Hilfe der spezialisierten Experimente BaBar und Belle an den sogenannten B Fabriken mit einer hervorragenden Genauigkeit gemessen. Um diese Praezision auch in der theoretische Vorhersage zu erhalten, sind hoehere Ordnungen in der effektiven Stoerungstheorie essentiell. Tatsaechlich fuehrt erst die Beruecksichtigung von QCD Korrekturen auf der naechst-zu-naechst-zu hoeheren Ordnung (NNLO) in Stoerungstheorie zu einer mit dem Experiment vergleichbaren theoretischen Unsicherheit. Die Bestimmung des Verzweigungsverhaeltnisses von B -> Xs gamma auf NNLO wurde innerhalb der letzten zehn Jahre von mehreren Arbeitsgruppen angegangen. Ein Gro"steil dieses Projekts wurde abgeschlossen und eine erste Abschaetzung auf diesem Niveau der Stoerungstheorie 2006 publiziert. Allerdings standen fuer diese Vorhersage nicht alle Beitraege von nach wie vor unbekannten Matrixelementen zur Verfuegung, die nur aus partiell bekannten Resultaten abgeschaetzt werden mussten. In dieser Arbeit bereiten wir einen Rahmen fuer die systematische Bestimmung der noch nicht verfuegbaren Matrixelemente auf NNLO. Ein Hauptergebnis dieser Dissertation ist die Bestimmung von fermionischen Korrekturen zu Matrixelementen von Vier-Quark Operatoren in der effektiven Theorie. Erstmalig wird hierbei die volle Massenabhaengigkeit beruecksichtigt. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Berechnung von fermionischen als auch bosonischen Korrekturen im Grenzwert einer verschwindenden Masse des Charm Quarks. Zusammen mit noch unbekannten reellen Korrekturen werden diese Ergebnisse dazu beitragen, die Unsicherheit der NNLO Vorhersage signifikant zu reduzieren. Ein wesentlicher Bestandteil dieser Arbeit, der die hier durchgefuehrten Berechnungen erst ermoeglichte, ist die Entwicklung einer automatisierten Methode zur hochpreazisen Bestimmung von Vielschleifenintegralen die zwei Massenskalen enthalten. N2 - In the context of the indirect search for non-standard physics in the flavour sector of the Standard Model (SM), one of the most interesting processes is the rare inclusive B -> X_s gamma decay. On the one hand, being a flavour-changing neutral current, this B decay is sensitive to new physics, as it is loop-suppressed in the SM. On the other hand, it is only mildly affected by non-perturbative effects, and thus allows for precise theoretical predictions in the framework of renormalization-group improved perturbation theory. Accurate measurements as well as precise theoretical predictions with a good control over both perturbative and non-perturbative contributions have to be provided in order to derive stringent constraints on the parameter space of physics beyond the SM. On the experimental side, an outstanding accuracy in the measurement of the B -> Xs gamma decay rate has been achieved, which is mainly due the specialized experiments BaBar and Belle at the so-called B factories. To match the small experimental uncertainty, higher order computations within an effective low-energy theory of the SM are mandatory. In fact, next-to-next-to-leading order (NNLO) QCD corrections are required to provide a prediction for the decay rate with the same precision as the measurement. The NNLO evaluation of the B -> Xs gamma decay rate has been pursued by various groups over the last decade. The project was completed to a large extent and a first estimate at this level of perturbation theory was obtained in 2006. This prediction, however, lacks important contributions from yet unknown matrix elements, that were estimated from results which are only partially known to date. In this work, we provide a framework for the systematic study of the missing matrix elements at the NNLO. As main results of this thesis, we determine fermionic corrections to the charm quark mass dependent matrix elements of four-quark operators in the effective theory at NNLO. For the first time, the full mass dependence was kept. Moreover, we evaluate both bosonic and fermionic corrections to the decay rate in the limit of vanishing charm quark mass. These findings, combined with yet unknown remaining real contributions, will help to reduce the uncertainty of the NNLO branching ratio estimate considerably. Another central topic of the present work is the development of an automatic high-precision computation of multi-loop multi-scale integrals, a crucial ingredient for the here presented results. KW - Flavour KW - Standardmodell KW - Quantenchromodynamik KW - Elementarteilchenphysik KW - Flavour Changing Neutral Currents KW - Higher Order Corrections Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-50026 ER - TY - THES A1 - Knochel, Alexander Karl T1 - Supersymmetry in a Sector of Higgsless Electroweak Symmetry Breaking T1 - Supersymmetrie in einem Higgslosen Elektroschwachen Symmetriebrechungs-Sektor N2 - Seit der Popularisierung durch Randall/Sundrum (RS) vor etwa 10 Jahren, und insbesondere in Verbindung mit der $AdS/CFT$-Korrespondenz, ist der Einsatz von gekrümmten Raumzeithintergründen mit Extradimensionen (insb. des $AdS_5$) eine der fruchtbarsten neuen Ideen bei der Suche nach Modellen jenseits des Standardmodells (SM). Dieser Ansatz brachte nicht nur frische Einsichten in die Physik stark wechselwirkender Feldtheorien, die zuvor störungstheoretischen Methoden verschlossen waren, sondern schaffte auch einen faszinierenden neuen Zusammenhang zwischen phänomenologi-schen Modellen an der TeV-Skala und der Gravitation. Dies hat unter anderem auch das Interesse an Modellen der elektroschwachen Symmetriebrechung ohne physikalische Skalarfelder (Higgslose Modelle'') in diesem Kontext mit dem Ziel neu aufleben lassen, Alternativen zu dem im Standardmodell der Teilchenphysik enthaltenen Higgs-Mechanismus zu finden. Bei der Umsetzung dieser Ideen lag das Hauptaugenmerk meisst auf potentiellen neuen Beträgen zu elektroschwachen Präzisionsobservablen. Gleichzeitig gibt es jedoch sehr starke astrophysikalische Indizien dafür dass die Antwort auf die Frage nach dem Ursprung der beobachteten Dunkelmaterie in Teilchenmodellen jenseits des Standardmodells zu finden ist. Die Natur der elektroschwachen Symmetriebrechung und der Dunkelmaterie gehören zu den zentralen Fragen deren Beantwortung dank aktueller und anstehender Experimente z.B. an Beschleunigern wie dem Tevatron wie auch in naher Zukunft am LHC in greifbare Nähe rückt. Diese Situation legt nahe dass neue Szenarien jenseits des Standardmodells beide Fragestellungen gleicherma\ss en thematisieren sollten. In der vorliegenden Arbeit untersuchen wir die phänomenologischen Implikationen einer Erweiterung Higgsloser Modelle in 5D um Supersymmetrie mit erhaltener R-Parität im elektroschwachen Symmetriebrechungssektor. Das Ziel war, eine möglichst einfache Erweiterung zu finden, die ein realistisches leichtes Spektrum aufweist und gleichzeitig einen guten Kandidaten für kalte Dunkelmaterie enthält, ohne zu viele freie Parameter einzuführen. Um dies zu bewerkstelligen, bot sich der gleiche Mechanismus an, der bereits für die Brechung der Eichsymmetrien zum Einsatz kommt, nämlich die Brechung durch Randbedingungen. Während Supersymmetrie in 5D vier Superladungen beinhaltet und somit eng mit $\mathcal{N}=2$ Supersymmetrie in 4D verwandt ist, wird allein durch den RS-Hintergrund die Hälfte der Symmetrien gebrochen, so dass nach der Kaluza-Klein-Reduktion lediglich eine erhaltene Supersymmetrie verbleibt. Davon ausgehend war das einfachste gangbare Szenario, die Brechung der verbleibenden Generatoren effektiv durch Randbedingungen auf der UV-Brane der RS-Raumzeit zu beschreiben. Obwohl hierdurch Teile des leichten SUSY-Spektrums, insb. die Superpartner der Fermionen, ausprojeziert werden, verbleibt die reichhaltige Phänomenologie von vollständigen $\mathcal{N}=2$-Multiplets im Kaluza-Klein-Sektor. Das leichte erweiterte Spektrum besteht aus den Superpartnern der elektroschwachen Eichbosonen, die Massen um $\mathcal{O}(100\mbox{ GeV})$ erhalten. Die Neutralinos als Masseneigenzustände des neutralen Bino-Wino-Sektors sind automatisch die leichtesten Supersymmetrischen Teilchen (LSP) und damit natürliche Kandidaten für kalte Dunkelmaterie. Ihre Reliktdichte kann ohne exzessive Feineinstellung von Parametern in Einklang mit Beobachtungen gebracht werden. Das Modell sagt somit eine leichte NLSP-Masse im Bereich $m_{\chi^+}\approx 100\dots 110$ GeV und einen LSP bei etwa $m_\chi\approx 90$ GeV voraus. Am LHC hat der nicht-supersymmetrische Teilcheninhalt des Modells weitestgehend die gleichen phänomenologischen Konsequenzen wie sie bereits von Studien Higgsloser Modelle bekannt sind. Wir haben uns daher auf die Produktion des LSP und NLSP am LHC als typische Signatur des erweiterten Modells konzentriert, und insbesondere Monte-Carlo-Simulationen mit \nameomega/\namewhizard~zur Beobachtung von fehlender transversaler Energie ($\ptmiss$) in Assoziation mit schweren Quarks durchgeführt. Wir diskutieren geeignete Schnitte auf Winkel, invariante Massen und Impulse, und erhalten Hadronische Produktionsquerschnitte von $\sigma>100\mbox{ fb}$ bei $14\mbox{ TeV}$, die charakteristische $\ptmiss$-Verteilungen im $\chi\chi t\overline{t}$ Endzustand aufweisen. Der Nachweis über die Produktion von $b$-Paaren erweist sich als schwieriger. Unsere Ergebnisse legen nahe dass die Entdeckung dieses Typs von Dunkelmaterie in Higgslosen Modellen am LHC über fehlende transversale Energie mit wenigen fb$^{-1}$ bei 14 TeV möglich ist, insofern eine zuverlässige Identifikation schwerer Quarks gegeben ist. N2 - Since its popularization due to Randall and Sundrum (RS) one decade ago, and in connection with the $AdS/CFT$ correspondence in particular, 5D warped background spacetime has been one of the most fruitful new ideas in physics beyond the standard model (SM), leading to new insights into symmetry breaking and the properties of strongly interacting theories inaccessible to direct perturbative calculations, while at the same time relating gravity to phenomenological model building. This has, among others, led to a renewed interest in models of electroweak symmetry breaking without physical scalar fields in the guise of so-called 'warped higgsless' models, which could provide an alternative to the famed Higgs mechanism of electroweak symmetry breaking which is part of the Standard Model of particle physics. However, little emphasis was put on reconciling these models with the strong evidence from astrophysical observations that one or several new, as yet unknown, stable particle species exist which form the cold dark matter content of the universe. The nature of dark matter and electroweak symmetry breaking are among the most prominent puzzles subject to experimental scrutiny at the Tevatron, direct search experiments, and in the near future at the LHC, which compels us the believe that both issues should be addressed together in any alternative scenario beyond the Standard Model. In this thesis we have investigated phenomenological implications which arise for cosmology and collider physics when the electroweak symmetry breaking sector of warped higgsless models is extended to include warped supersymmetry with conserved $R$ parity. The goal was to find the simplest supersymmetric extension of these models which still has a realistic light spectrum including a viable dark matter candidate. To accomplish this, we have used the same mechanism which is already at work for symmetry breaking in the electroweak sector to break supersymmetry as well, namely symmetry breaking by boundary conditions. While supersymmetry in five dimensions contains four supercharges and is therefore directly related to 4D $\mathcal{N}=2$ supersymmetry, half of them are broken by the background leaving us with ordinary $\mathcal{N}=1$ theory in the massless sector after Kaluza-Klein expansion. We thus use boundary conditions to model the effects of a breaking mechanism for the remaining two supercharges. The simplest viable scenario to investigate is a supersymmetric bulk and IR brane without supersymmetry on the UV brane. Even though parts of the light spectrum are effectively projected out by this mechanism, we retain the rich phenomenology of complete $\mathcal{N}=2$ supermultiplets in the Kaluza-Klein sector. While the light supersymmetric spectrum consists of electroweak gauginos which get their $\mathcal{O}(100\mbox{ GeV})$ masses from IR brane electroweak symmetry breaking, the light gluinos and squarks are projected out on the UV brane. The neutralinos, as mass eigenstates of the neutral bino-wino sector, are automatically the lightest gauginos, making them LSP dark matter candidates with a relic density that can be brought to agreement with WMAP measurements without extensive tuning of parameters. For chargino masses close to the experimental lower bounds at around $m_{\chi^+}\approx 100\dots 110$ GeV, the dark matter relic density points to LSP masses of around $m_\chi\approx 90$ GeV. At the LHC, the standard particle content of our model shares most of the key features of known warped higgsless models. We have performed Monte Carlo simulations of warped higgsless LSP and NLSP production at a benchmark point using \nameomega/\namewhizard, concentrating on $\ptmiss$ in association with third generation quarks. After background reduction cuts on the quark momenta and angles, we get hadronic cross sections of $\sigma>100\mbox{ fb}$ at $14\mbox{ TeV}$ with characteristic $\ptmiss$ distributions for $\chi\chi t\overline{t}$ final states, while the final states with $b\overline{b}$ pairs have much lower event rates and shapes which are hard to discern in experiments. Our results suggest that the discovery of warped higgsless LSP dark matter at the LHC via missing energy is within reach for the first few $\mbox{ fb}^{-1}$ at $14$ TeV if $b$ and in particular $t$ identification is reliable. KW - Supersymmetrie KW - Dunkle Materie KW - Physik jenseits des Standardmodells KW - Extradimensionen KW - Randall-Sundrum KW - Higgslose Modelle KW - Elementarteilchenphysik KW - Physics Beyond the Standard Model KW - Extra Dimensions KW - Randall-Sundrum KW - Warped Space KW - Higgsless Models Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-47899 ER - TY - JOUR A1 - Schenkel, Alexander A1 - Uhlemann, Christoph F. T1 - Field Theory on Curved Noncommutative Spacetimes N2 - We study classical scalar field theories on noncommutative curved spacetimes. Following the approach of Wess et al. [Classical Quantum Gravity 22 (2005), 3511 and Classical Quantum Gravity 23 (2006), 1883], we describe noncommutative spacetimes by using (Abelian) Drinfel’d twists and the associated ?-products and ?-differential geometry. In particular, we allow for position dependent noncommutativity and do not restrict ourselves to the Moyal–Weyl deformation. We construct action functionals for real scalar fields on noncommutative curved spacetimes, and derive the corresponding deformed wave equations. We provide explicit examples of deformed Klein–Gordon operators for noncommutative Minkowski, de Sitter, Schwarzschild and Randall–Sundrum spacetimes, which solve the noncommutative Einstein equations. We study the construction of deformed Green’s functions and provide a diagrammatic approach for their perturbative calculation. The leading noncommutative corrections to the Green’s functions for our examples are derived. KW - Physik KW - noncommutative field theory KW - Drinfel’d twists KW - deformation quantization KW - field theory on curved spacetimes Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-68648 ER - TY - THES A1 - Cardoso Barato, Andre T1 - Nonequilibrium phase transitions and surface growth T1 - Nicht-Gleichgewicht Phasenübergänge und Wachstumsprozesse N2 - This thesis is concerned with the statistical physics of various systems far from thermal equilibrium, focusing on universal critical properties, scaling laws and the role of fluctuations. To this end we study several models which serve as paradigmatic examples, such as surface growth and non-equilibrium wetting as well as phase transitions into absorbing states. As a particular interesting example of a model with a non-conventional scaling behavior, we study a simplified model for pulsed laser deposition by rate equations and Monte Carlo simulations. We consider a set of equations, where islands are assumed to be point-like, as well as an improved one that takes the size of the islands into account. The first set of equations is solved exactly but its predictive power is restricted to the first few pulses. The improved set of equations is integrated numerically, is in excellent agreement with simulations, and fully accounts for the crossover from continuous to pulsed deposition. Moreover, we analyze the scaling of the nucleation density and show numerical results indicating that a previously observed logarithmic scaling does not apply. In order to understand the impact of boundaries on critical phenomena, we introduce particle models displaying a boundary-induced absorbing state phase transition. These are one-dimensional systems consisting of a single site (the boundary) where creation and annihilation of particles occur, while particles move diffusively in the bulk. We study different versions of these models and confirm that, except for one exactly solvable bosonic variant exhibiting a discontinuous transition with trivial exponents, all the others display a non-trivial behavior, with critical exponents differing from their mean-field values, representing a universality class. We show that these systems are related to a $(0+1)$-dimensional non-Markovian model, meaning that in nonequilibrium a phase transition can take place even in zero dimensions, if time long-range interactions are considered. We argue that these models constitute the simplest universality class of phase transition into an absorbing state, because the transition is induced by the dynamics of a single site. Moreover, this universality class has a simple field theory, corresponding to a zero dimensional limit of direct percolation with L{\'e}vy flights in time. Another boundary phenomena occurs if a nonequilibrium growing interface is exposed to a substrate, in this case a nonequilibrium wetting transition may take place. This transition can be studied through Langevin equations or discrete growth models. In the first case, the Kardar-Parisi-Zhang equation, which defines a very robust universality class for nonequilibrium moving interfaces, is combined with a soft-wall potential. While in the second, microscopic models, in the corresponding universality class, with evaporation and deposition of particles in the presence of hard-wall are studied. Equilibrium wetting is related to a particular case of the problem, corresponding to the Edwards-Wilkinson equation with a potential in the continuum approach or to the fulfillment of detailed balance in the microscopic models. In this thesis we present the analytical and numerical methods used to investigate the problem and the very rich behavior that is observed with them. The entropy production for a Markov process with a nonequilibrium stationary state is expected to give a quantitative measure of the distance form equilibrium. In the final chapter of this thesis, we consider a Kardar-Parisi-Zhang interface and investigate how entropy production varies with the interface velocity and its dependence on the interface slope, which are quantities that characterize how far the stationary state of the interface is away from equilibrium. We obtain results in agreement with the idea that the entropy production gives a measure of the distance from equilibrium. Moreover we use the same model to study fluctuation relations. The fluctuation relation is a symmetry in the large deviation function associated to the probability of the variation of entropy during a fixed time interval. We argue that the entropy and height are similar quantities within the model we consider and we calculate the Legendre transform of the large deviation function associated to the height for small systems. We observe that there is no fluctuation relation for the height, nevertheless its large deviation function is still symmetric. N2 - Diese Dissertationsschrift befasst sich mit der statistischen Physik verschiedener Systeme fernab vom thermischen Gleichgewicht. Im Mittelpunkt stehen dabei die kritischen Eigenschaften, Skalierungsgesetze sowie die Rolle von Fluktuation. Dazu werden als paradigmatische Beispiele verschiedene Modellsysteme untersucht, unter anderem Wachstumsprozesse, Benetzungsphänomene fernab vom Gleichgewicht sowie Phasenübergänge in absorbierende Zustände. Als ein besonders interessantes Beispiel mit einem unkonventionellen Skalierungsverhalten wird zunächst ein Modell für gepulste Laserdeposition sowohl numerisch als auch mit Ratengleichungen untersucht. Wir betrachten dazu eine Approximation, das auf der Annahme punktförmiger Teilchen beruht, sowie ein verbessertes Gleichungssystem, das die Ausdehnung der deponierten Inseln mit berücksichtigt. Die numerisch integrierten Lösungen dieses verbesserten Systems stimmen mit den Simulationsresultaten hervorragend überein und reproduzieren ebenfalls den Crossover von kontinuierlicher zu gepulster Deposition. Darüber hinaus wird das Skalierungsverhalten der Nukleationsdichte im Detail untersucht und eine kürzlich eingeführte Hypothese logarithmischer Skalengesetze in Frage gestellt. Um den Einfluss von Randtermen auf kritische Phänomene unter Nichtgleichgewichtsbedingungen besser zu verstehen, wird ein Modell mit einem randinduzierten Phasenübergang eingeführt. Der Rand besteht aus hier einem einzigen Gitterplatz, an dem Teilchen erzeugt und vernichtet werden können, während die Teilchen im Innern des Systems lediglich diffundieren können. Es werden verschiedene Varianten dieses Modells untersucht, die mit Ausnahme einer bestimmten bosonischen Variante zu einer neuen Universalitätsklasse mit einem nichttrivialen kritischen Verhalten gehören. In der Arbeit wird gezeigt, dass diese Systeme effektiv auf ein 0+1-dimensionales Modell mit einer zeitlich nichtlokalen Dynamik reduziert werden können, dass also Phasenübergänge in nicht-Markovschen Nichtgleichgewichtssystemen sogar in 0 räumlichen Dimensionen, d.h. einem einzigen Punkt möglich sind. Es handelt sich wahrscheinlich um den einfachsten nichttrivialen Phasenübergang dieser Art, der formal dem nulldimensionalen Limes der sogenannten gerichteten Perkolation mit zeitlichen Levy-Flügen entspricht. Eine andere Art von Randeffekten tritt auf, wenn ein Wachstumsprozess fernab vom Gleichgewicht auf einem inerten Substrat stattfindet, wobei es zu einem Benetzungsphasenübergang kommen kann. Solche Systeme können anhand ihrer Langevin-Gleichung, z.B. der Kardar-Parisi-Zhang (KPZ)-Gleichung in einem geeigneten Potential, oder auf der Basis diskreter Wachstumsprozesse mit Deposition und Verdampfung von Teilchen auf einem Substrat untersucht werden. Benetzungsübergänge im thermischen Gleichgewicht stellen sich als Spezialfall heraus, der durch die Edwards-Wilkinson-Gleichung bzw. detaillierte Balance beschrieben wird. Die vorliegende Arbeit stellt analytische und numerische Methoden vor und demonstriert die reichhaltige Phänomenologie solcher Modelle. Das letzte Kapitel befasst sich mit der Rolle von Fluktuationen und der Entropieproduktion von Nichtgleichgewichtssystemen. Um zu überprüfen, ob sich die Entropieproduktion als ein Maß für den Abstand vom Gleichgewicht eignet, wird wiederum ein einfacher Wachstumsprozess untersucht, der diese Hypothese bestätigt. Das gleiche Modell wird benutzt, um verschiedene Fluktuationsrelationen zu testen, die auf Symmetrien in der Wahrscheinlichkeitsverteilung extremer Fluktionationen beruhen. Obwohl die Entropie und die Höhe der deponierten Schicht im stationären Zustand formal ähnliche Eigenschaften besitzen, gelingt es nicht, ein Fluktuationstheorem für die Höhenvariablen zu formulieren, obwohl die entsprechende Wahrscheinlichkeitsverteilung symmetrisch ist. Dies legt den Schluss nahe, dass Fluktuationstheoreme grundsätzlich nur auf der Basis von Wahrscheinlichkeitsströmen konstruiert werden können. KW - Nichtgleichgewichtsstatistik KW - Phasenumwandlung KW - Wachstumsprozess KW - Wachstum an Oberflächen KW - Statistische Mechanik KW - Skalierungsgesetz KW - Nonequilibrium Statistical Physics KW - Surface growth KW - Wetting KW - Phase transitions into absorbing states KW - Scaling KW - Fluctuations Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-50122 ER - TY - THES A1 - Burkart, Thomas T1 - Der Einfluss des fundamentalen Massenverhältnisses auf die Teilchenbeschleunigung durch Plasmainstabilitäten T1 - The influence of the fundamental mass-ratio on particle acceleration by plasma instabilities N2 - Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein dreidimensionaler vollrelativistischer und parallelisierter Particle-in-Cell Code geschrieben, ausführlich getestet und angewandt. Der Code ACRONYM ist variabel einsetzbar und von der Genauigkeit und Stabilität her State-of-the-Art und somit konkurrenzfähig zu den sonstigen in der Astrophysik eingesetzten Codes anderer Gruppen. Die Energie bleibt bis auf einen Fehler von < 0.03% erhalten, die Divergenz des Magnetfeldes bleibt immer unter einem Wert von 10^{-12} und die Skalierung wurde mittlerweile bis zu einem Clustergröße von einigen 10000 CPUs getestet. In dieser Arbeit wurde dann, nach der Entwicklung des Codes, der Einfluss des fundamentalen Massenverhältnisses m_p/m_e auf die Teilchenbeschleunigung durch Plasmainstabilitäten untersucht. Dies ist relevant und wichtig, da in PiC-Simulationen in den allermeisten Fällen nicht mit dem realen Massenverhältnis gerechnet wird, da sonst viel zu viel Rechenleistung benötigt würde, um zu sehen, was mit den Protonen geschieht und was ihr Einfluss auf die leichten Teilchen wie Elektronen und Positronen ist. Zu diesem Zweck wurden Simulationen mit Massenverhältnissen zwischen m_p/m_e = 1.0 und 200.0 durchgeführt. Diese haben alle gemeinsam, dass periodische Randbedingungen verwendet wurden und das zur Verfügung stehende Simulationsgebiet mit jeweils zwei gegeneinander strömenden Plasmapopulationen vollständig gefüllt wurde, um jegliche Art von auftretenden Schocks auszuschließen. Die Rohdaten der einzelnen Simulationen wurden auf vielfältige Art und Weise analysiert, es wurden z.B. Schnitte durch die Teilchenverteilung erstellt, sowie ein- oder zweidimensionale Histogramme und Energieverläufe betrachtet. Dabei haben sich folgende Kernpunkte ergeben: Für Massenverhältnisse bis etwa m_p/m_e = 20 bildet sich die gesamte Zweistrom-Instabilität in nur einer Phase aus, das heißt, es bilden sich von ringförmigen Magnetfeldern umgebene Flussschläuche aus, die dann verschmelzen, bis nur noch zwei übrig sind und alle Teilchen werden über den gesamten Verlauf der Instabilität beschleunigt. Es ist damit zu folgern, dass die unterschiedlich schweren Teilchenspezies Protonen und Elektronen/Positronen durch die relativ nahe beieinander liegenden Massen noch so stark gekoppelt sind, dass sich nur eine Instabilität entwickeln kann. Bei großen Massenverhältnissen (m_p/m_e > 20) ist eine deutliche Trennung in zwei Phasen der Instabilität zu erkennen. Zuerst bilden sich wiederum Flussschläuche aus, diese verschmelzen miteinander (zu zweien oder mehr), bevor der erste Teil der Instabilität abflaut. Anschließend entstehen wieder ringförmige Magnetfelder und Flussschläuche, von denen einer meist deutlich stärker ist als all die anderen, das bedeutet, dass dieser von stärkeren Magnetfeldern umgeben ist und eine höhere Teilchendichte aufweist. Im Rahmen dieser zweigeteilten Instabilität werden die Elektronen und Positronen nur in der ersten Phase signifikant beschleunigt, die deutlich schwereren Protonen gewinnen über den gesamten Zeitraum Energie. Die höchstenergetischen Teilchen erreichen im Ruhesystem der jeweiligen Plasmapopulation Werte um gamma = 250. Man kann daraus für zukünftige Untersuchungen mit Hilfe von Particle-in-Cell Codes den Schluss ziehen, dass Rückschlüsse auf das tatsächliche Verhalten beim realen Massenverhältnis von m_p/m_e = 1836.2 nur aus den Simulationen mit m_p/m_e >> 20 gezogen werden können, da die starke Kopplung der leichten und schweren Teilchen bei kleineren Massenverhältnissen die Ergebnisse sehr stark beeinflusst. Es wurde anhand der gemessenen Zeitpunkte der Instabilitätsmaxima eine Extrapolation durchgeführt, die zeigt, dass die Instabilität beim realen Massenverhältnis etwa bei t = 1400 omega_{pe}^{-1} auftreten würde. Um dies wirklich zu simulieren müsste allerdings mehr als die 1000-fache Anzahl an CPU-Stunden aufgewandt werden. Des weiteren wurde eine Maxwell-Jüttner-Verteilung an die Teilchenverteilungen der einzelnen Simulationen auf dem Höhepunkt der Instabilität gefittet, um sowohl die neue Temperatur des Plasmas als auch die Beschleunigungseffizienz des Prozesses zu berechnen. Die Temperatur erhöht sich demnach durch die Instabilität von etwa 10^8K auf 10^{10} bis 10^{11}K, der Anteil suprathermischer Teilchen beträgt 2 bis 4%. N2 - In this thesis a three-dimensional, fully relativistic and parallelised Particle-in-Cell Code was developed, tested and used for astrophysical purposes. The Code ACRONYM can be used for a variety of different scenarios, it is state-of-the-art in matters of stability and accuracy. After the development the code was used to investigate the influence of the fundamental mass ratio m_p/m_e on particle acceleration by plasma instabilities. This is important, because usually in PiC-simulations the mass ratio used isn't the real one m_p/m_e = 1836.2, because this would take too much CPU-time in order to see what happens to the protons and what is their influence on the lighter particles like electrons and positrons. For this purpose simulations with mass ratios between 1.0 and 200.0 have been performed. They all have in common that periodic boundary conditions were used and that the whole computational domain has been filled with particles that are counterstreaming along the z-direction with gamma approximately 10 each in order to exclude any development of shocks. The resulting main issues are the following: For mass ratios below m_p/m_e approximately 20 the whole instability develops in only one phase, i.e. current filaments surrounded by circular magnetic fields develop and merge together. All particles are accelerated over the whole run, so one can conclude that the different species are still strongly coupled because of the very similar masses of electrons/positrons and the protons and therefore only one instability can arise. For higher mass ratios a distinctive separation of the instability in two phases is observable. First some flux tubes develop and merge until the first phase is over. Afterwards new magnetic fields and flux tubes are arising, where one of them usually is particularly strong compared to the others, i.e. it is surrounded by stronger magnetic fields and holds a much higher particle density. In the context of this split instability, the electrons and positrons are getting accelerated significantly only in the first phase, the much heavier protons gain energy over the whole time. One can therefore conclude for future investigations with PiC codes that informations about the behaviour at the realistic mass ratio of m_p/m_e = 1836.2 can only be gained from the simulations with m_p/m_e >> 20 because of the strong coupling of the light and heavy particles at low mass ratios. An extrapolation to the real mass ratio shows that the peak of the instability would occur approximately seven times later than the runtime of the longest simulation at about t = 1400 omega_{pe}^{-1}, but in order to realize this, at least 1000 times the now used CPU-hours would be necessary. Furthermore the acceleration efficiency for this process was calculated by fitting a Maxwell-Jüttner-Distribution to the particle distribution from the simulations during the peak of the instabilities. The calculated fraction of superthermal particles is in the range of 2 to 4% and the temperatures of the plasma streams rise from 10^8 at the beginning of the simulations to values around 10^10 to 10^11K. KW - Astrophysik KW - Plasmaschwingung KW - Teilchenbeschleunigung KW - Numerisches Modell KW - Particle-in-Cell Code KW - Energiereiches Teilchen KW - Instabilität KW - Plasma KW - Plasmaaufheizung KW - Teilchenbewegung KW - Particle-in-Cell Code Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-56636 ER - TY - THES A1 - Lang, Thomas C. T1 - Quantum Monte Carlo methods and strongly correlated electrons on honeycomb structures T1 - Quanten Monte Carlo Methoden und stark korrelierte Elektronen auf hexagonalen Strukturen N2 - In this thesis we apply recently developed, as well as sophisticated quantum Monte Carlo methods to numerically investigate models of strongly correlated electron systems on honeycomb structures. The latter are of particular interest owing to their unique properties when simulating electrons on them, like the relativistic dispersion, strong quantum fluctuations and their resistance against instabilities. This work covers several projects including the advancement of the weak-coupling continuous time quantum Monte Carlo and its application to zero temperature and phonons, quantum phase transitions of valence bond solids in spin-1/2 Heisenberg systems using projector quantum Monte Carlo in the valence bond basis, and the magnetic field induced transition to a canted antiferromagnet of the Hubbard model on the honeycomb lattice. The emphasis lies on two projects investigating the phase diagram of the SU(2) and the SU(N)-symmetric Hubbard model on the hexagonal lattice. At sufficiently low temperatures, condensed-matter systems tend to develop order. An exception are quantum spin-liquids, where fluctuations prevent a transition to an ordered state down to the lowest temperatures. Previously elusive in experimentally relevant microscopic two-dimensional models, we show by means of large-scale quantum Monte Carlo simulations of the SU(2) Hubbard model on the honeycomb lattice, that a quantum spin-liquid emerges between the state described by massless Dirac fermions and an antiferromagnetically ordered Mott insulator. This unexpected quantum-disordered state is found to be a short-range resonating valence bond liquid, akin to the one proposed for high temperature superconductors. Inspired by the rich phase diagrams of SU(N) models we study the SU(N)-symmetric Hubbard Heisenberg quantum antiferromagnet on the honeycomb lattice to investigate the reliability of 1/N corrections to large-N results by means of numerically exact QMC simulations. We study the melting of phases as correlations increase with decreasing N and determine whether the quantum spin liquid found in the SU(2) Hubbard model at intermediate coupling is a specific feature, or also exists in the unconstrained t-J model and higher symmetries. N2 - Wir untersuchen mit Hilfe von neu entwickelten sowie technisch ausgereiften Quanten-Monte-Carlo Methoden Modelle stark korrelierter Elektronen auf hexagonalen Gittern. Letztere zeichnen sich durch die einzigartigen Eigenschaften der auf ihnen simulierten Elektronen aus, wie zum Beispiel deren relativistische Dispersionsrelation, die starken Quantenfluktuationen und deren Beständigkeit gegenüber Instabilitäten. Diese Arbeit umfasst mehrere Projekte, einschließlich der Erweiterung des weak-coupling continuous time Quanten-Monte-Carlo Verfahrens und dessen Anwendung auf Phononen-Systeme und den Null-Temperatur Grundzustand, der Studie eines Quanten-Phasenübergangs in einem Kristall mit dominanter Valenzbindung in einem Spin-1/2 Heisenberg model mit vier-Spin Wechselwirkung, und der Untersuchung eines gekippten Antiferromagneten im Hubbard Model, induziert durch ein externes Magnetfeld. Die Schwerpunkte dieser Arbeit liegen bei zwei Studien der Phasendiagramme des SU(2) und SU(N)-symmetrischen Hubbard Models auf dem hexagonalen Gitter. Bei niedrigen Temperaturen haben Elektronen in Festkörpern die Tendenz, Ordnung zu entwickeln. Eine Ausnahme sind Quanten Spinflüssigkeiten, in denen Fluktuationen Ordnung selbst bei niedrigsten Temperaturen verhindern. Bislang war es nahezu unmöglich, diese in experimentell realistischen mikroskopischen Modellen zu finden und zu simulieren. In aufwändigen Quanten-Monte-Carlo Simulationen des SU(2) Hubbard Models konnten wir das Auftreten einer solchen Quanten Spinflüssigkeit zeigen, welche die Phasen der masselosen Dirac-Fermionen und eines antiferromagnetischem Isolators trennt. Dieser unerwartete, ungeordnete Quantenzustand weist kurzreichweitige Korrleationen ähnlich einer Resonanz-Valenzbond-Flüssigkeit auf, welche in Zusammenhang mit Hochtemperatur-Spuraleitung steht. Motiviert durch die reichhaltigen Phasendiagramme von SU(N)-symmetrischen Modellen, untersuchen wir mit Hilfe von Quanten-Monte Carlo-Simulationen den SU(N)-Hubbard-Heisenberg-Antiferromagneten auf dem hexagonalen Gitter in Bezug auf die Verlässlichkeit von 1/N Korrekturen von Molekularfeldnäherungen. Wir untersuchen das Schmelzen von Phasen als Funktion von abnehmendem N und bestimmen, ob die im SU(2)-Hubbard-Model gefundene Quanten-Spinflüssigkeit eine spezielle Eigenschaft dieses Modells ist, oder ob diese auch im erweiterten t-J Modell bei höheren Symmetrien gefunden werden kann. KW - Monte-Carlo-Simulation KW - Niederdimensionaler Festkörper KW - Hexagonaler Kristall KW - Elektronenstruktur KW - Starke Kopplung KW - Monte Carlo KW - Markov-Ketten-Monte-Carlo-Verfahren KW - Theoretische Physik KW - Niederdimensionaler Festkörper KW - Festkörpertheorie KW - Quantum Monte Carlo KW - Condensed matter theory Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-53506 ER - TY - THES A1 - Höhne-Mönch, Daniel T1 - Steady-state emission of blazars at very high energies T1 - Der Stationäre Zustand von Blazaren bei sehr hohen Energien N2 - One key scientific program of the MAGIC telescope project is the discovery and detection of blazars. They constitute the most prominent extragalactic source class in the very high energy (VHE) Gamma-ray regime with 29 out of 34 known objects (as of April 2010). Therefore a major part of the available observation time was spent in the last years on high-frequency peaked blazars. The selection criteria were chosen to increase the detection probability. As the X-ray flux is believed to be correlated to the VHE Gamma-ray flux, only X-ray selected sources with a flux F(X) > 2 μJy at 1 keV were considered. To avoid strong attenuation of the Gamma-rays in the extragalactic infrared background, the redshift was restricted to values between z < 0.15 and z < 0.4, depending on the declination of the objects. The latter determines the zenith distance during culmination which should not exceed 30° (for z < 0.4) and 45° (for z < 0.15), respectively. Between August 2005 and April 2009, a sample of 24 X-ray selected high-frequency peaked blazars has been observed with the MAGIC telescope. Three of them were detected including 1ES 1218+304 being the first high-frequency peaked BL Lacertae object (HBL) to be discovered with MAGIC in VHE Gamma-rays. One previously detected object was not confirmed as VHE emitter in this campaign by MAGIC. A set of 20 blazars previously not detected will be treated more closely in this work. In this campaign, during almost four years ~ 450 hrs or ~ 22% of the available observation time for extragalactic objects were dedicated to investigate the baseline emission of blazars and their broadband spectral properties in this emission state. For the sample of 20 objects in a redshift range of 0.018 < z < 0.361 integral flux upper limits in the VHE range on the 99.7% confidence level (corresponding to 3 standard deviations) were calculated resulting in values between 2.9% and 14.7% of the integral flux of the Crab Nebula. As the distribution of significances of the individual objects shows a clear shift to positive values, a stacking method was applied to the sample. For the whole set of 20 objects, an excess of Gamma-rays was found with a significance of 4.5 standard deviations in 349.5 hours of effective exposure time. For the first time a signal stacking in the VHE regime turned out to be successful. The measured integral flux from the cumulative signal corresponds to 1.4% of the Crab Nebula flux above 150 GeV with a spectral index α = −3.15±0.57. None of the objects showed any significant variability during the observation time and therefore the detected signal can be interpreted as the baseline emission of these objects. For the individual objects lower limits on the broad-band spectral indices αX−Gamma between the X-ray range at 1 keV and the VHE Gamma-ray regime at 200 GeV were calculated. The majority of objects show a spectral behaviour as expected from the source class of HBLs: The energy output in the VHE regime is in general lower than in X-rays. For the stacked blazar sample the broad-band spectral index was calculated to αX−Gamma = 1.09, confirming the result found for the individual objects. Another evidence for the revelation of the baseline emission is the broad-band spectral energy distribution (SED) comprising archival as well as contemporaneous multi-wavelength data from the radio to the VHE band. The SEDs of known VHE Gamma-ray sources in low flux states matches well the SED of the stacked blazar sample. N2 - Eines der wissenschaftlichen Schlüsselprogramme des MAGIC Projektes ist die Entdeckung und Detektion von Blazaren. Diese stellen mit 29 von 34 bekannten Objekten die prominenteste extragalaktische Quellklasse im Bereich der sehr hochenergetischen (engl. very high energy, VHE) Gamma-Strahlung dar. Deshalb wurde in den letzten Jahren ein Großteil der verfügbaren Beobachtungszeit sogenannten Blazaren mit hochfrequenten Peaks (engl. high-frequency peaked) gewidmet. Die Auswahlkriterien dafür wurden entsprechend gewählt, um die Detektionswahrscheinlichkeit zu erhöhen. Da man glaubt, dass der Röntgenfluss mit dem VHE Gamma-Fluss korreliert, wurden nur röntgenselektierte Quellen mit einem Fluss F(X) > 2 μJy bei 1 keV betrachtet. Um eine starke Abschwächung der Gamma-Strahlung innerhalb des extragalaktischen Infrarot-Hintergrundes zu vermeiden, wurde die Rotverschiebung auf Werte zwischen z < 0,15 und z < 0,4 begrenzt, abhängig von der Deklination der Objekte. Diese bestimmt die Zenitdistanz während der Kulmination, der 30° (für z < 0,15) bzw. 45° (für z < 0,4) nicht übersteigen sollte. Zwischen August 2005 und April 2009 wurde ein Sample aus 24 röntgenselektierten high-frequency peaked Blazaren mit dem MAGIC Teleskop beobachtet. Drei davon wurden detektiert, einschließlich 1ES 1218+304, der erste HBL (engl. von high-frequency peaked BL Lacertae object), der mit MAGIC im VHE Gamma-Bereich entdeckt wurde. Ein früher entdecktes Objekt konnte in dieser Kampagne nicht von MAGIC als VHE Emitter bestätigt werden. Ein Set aus 20 im Vorfeld nicht detektierten Blazaren wird in dieser Arbeit genauer betrachtet. Während fast vier Jahren wurden in dieser Kampagne ~ 450 h oder ~ 22% der verfügbaren Beobachtungszeit für extragalaktische Objekte der Untersuchung der Grundzustandsemission von Blazaren und deren breitbandspektralen Eigenschaften in diesem Zustand gewidmet. Für das Sample aus 20 Objekten in einem Rotverschiebungsbereich 0.018 < z < 0.361 wurden integrale Flussobergrenzen im VHE Bereich auf Basis eines 99,7% Konfidenzlevels (entsprechend 3 Standardabweichungen) berechnet. Damit liegen die Obergrenzen zwischen 2,9% und 14,7% des integralen Flusses des Krebsnebels. Da die Verteilung der Signifikanzen der einzelnen Objekte eine klare positive Verschiebung aufweist, wurde eine Stacking-Methode auf das Sample angewandt. Für das gesamte Set aus 20 Objekten konnte ein Gamma-Strahlungsexzess mit einer Signifikanz von 4,5 Standardabweichungen bei einer effektiven Beobachtungszeit von 349,5 h gefunden werden. Zum ersten Mal war ein Signal-Stacking im VHE Bereich erfolgreich. Der gemessene integrale Fluss des kumulativen Signals entspricht 1,4% des Flusses des Krebsnebels oberhalb einer Energie von 150 GeV mit einem Spektralindex α = −3,15 ± 0,57. Keines der Objekte zeigte Anzeichen für Variabilität während der Beobachtungszeit und daher kann das detektierte Signal als die Grundzustandsemission dieser Objekte angesehen werden. Für die einzelnen Objekte wurden untere Grenzen für die Breitband-Spektralindizes X−Gamma zwischen dem Röntgenbereich bei 1 keV und dem VHE Gamma-Bereich bei 200GeV berechnet. Die Mehrheit der Objekte zeigt ein spektrales Verhalten, wie es für die Klasse der HBLs erwartet wird: Der Energieausstoß im VHE Gamma-Bereich is im allgemeinen niedriger als im Röntgenbereich. Für das mit dem Stacking betrachtete Blazar-Sample wurde der Breitband-Spektralindex zu αX−Gamma = 1,09 berechnet, was die Ergebnisse für die einzelnen Objekte bestätigt. Ein weiterer Hinweis für die Aufdeckung der Grundzustandsemission ist die breitband-spektrale Energieverteilung (engl. spectral energy distribution, SED), die Archiv- wie auch kontemporäre Multiwellenlängendaten vom Radio- bis in den VHE Gamma-Bereich enthält. Die SEDs bekannter VHE Gamma-Quellen in niedrigen Flusszuständen stimmt gut mit der SED aus dem Stacking des Blazar-Samples überein. KW - MAGIC-Teleskop KW - Blazar KW - Gammaastronomie KW - Astrophysik KW - astrophysics KW - MAGIC telescope KW - blazar Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-53700 ER - TY - THES A1 - Staub, Florian T1 - Considerations on supersymmetric Dark Matter beyond the MSSM T1 - Supersymmetrische Dunkle Materie in Erweiterungen des MSSM N2 - The standard model (SM) of particle physics is for the last three decades a very successful description of the properties and interactions of all known elementary particles. Currently, it is again probed with the first collisions at the Large Hadron Collider (LHC). It is widely expected that new physics will be detected at the LHC and the SM has to be extended. The most exhaustive analyzed extension of the SM is supersymmetry (SUSY). SUSY can not only solve intrinsic problems of the SM like the hierarchy problem, but it also postulates new particles which might explain the nature of dark matter in the universe. The majority of all studies about dark matter in the framework of SUSY has focused on the minimal supersymmetric standard model (MSSM). The aim of this work is to consider scenarios beyond that scope. We consider two models which explain not only dark matter but also neutrino masses: the gravitino as dark matter in gauge mediated SUSY breaking (GMSB) with bilinear broken $R$-parity as well as different seesaw scenarios with the neutralino as dark matter candidate. Furthermore, we also study the next-to-minimal supersymmetric standard model (NMSSM) which solves the \(\mu\)-problem of the MSSM and discuss the properties of the neutralino as dark matter candidate. In case of $R$-parity violation, light gravitinos are often the only remaining candidate for dark matter in SUSY because of their very long life time. We reconsider the cosmological gravitino problem arising for this kind of models. It will be shown that the proposed solution for the overclosure of the universe by light gravitinos, namely the entropy production by decays of GMSB messenger, just works in a small subset of models and in fine-tuned regions of the parameter space. This is a consequence of two effects so far overlooked: the enhanced decay channels in massive vector bosons and the impact of charged messenger particles. Both aspects cause an interplay between different cosmological restrictions which lead to strong constraints on the parameters of GMSB models. Afterwards, a minimal supergravity (mSugra) scenario with additional chiral superfields at high energy scales is considered. These fields are arranged in complete $SU(5)$ multiplets in order to maintain gauge unification. The new fields generate a dimension 5 operator to explain neutrino data. Furthermore, they cause large differences in mass spectrum of MSSM fields because of the different evaluation of the renormalization group equations what changes also the properties of the lightest neutralino as dark matter candidate. We discuss the parameter space of all three possible seesaw scenarios with respect to dark matter and the impact on rare lepton flavor violating processes. As we will see, especially in seesaw type~III but also in type~II the mass spectrum and regions of parameter space consistent with dark matter differ significantly in comparison to a common mSugra scenario. Moreover, the experimental bounds, in particular of branching ratios like \(l_i \rightarrow l_j \gamma\), cause large constraints on the seesaw parameters. N2 - Das Standardmodell der Teilchenphysik ist seit drei Jahrzehnten eine überaus erfolgreiche \linebreak Beschreibung der Eigenschaften und Wechselwirkungen der bekannten Elementarteilchen. Derzeit wird es durch die ersten Kollisionen des Large Hadron Colliders (LHC) erneut auf die Probe gestellt. Es wird weitläufig erwartet, dass am LHC neue Physik entdeckt wird und somit das \linebreak Standardmodell erweitert werden muss. Die am meisten untersuchte Erweiterung des\linebreak Standardmodells ist Supersymmetrie (SUSY). In SUSY können nicht nur intrinsische Probleme des Standardmodells wie das Hierarchieproblem gelöst werden, sondern es werden auch Teilchen postuliert, welche die gemessene Dunkle Materie im Universum erklären können. Der Gro{\ss}teil der bisherigen Studien über Dunkle Materie in SUSY hat sich hierbei auf die minimale supersymmetrische Erweiterung des Standardmodells, das MSSM, beschränkt. Das Ziel dieser Arbeit ist es, Szenarien zu betrachten, die darüber hinaus gehen. Hierbei handelt es sich um zwei Modelle, mit denen auch Neutrinomassen erklärt werden können: Das Gravitino als Dunkle Materie im Rahmen von Gauge Mediated SUSY Breaking (GMSB) mit $R$-Paritätsverletzung sowie Seesaw-Modelle mit einem Neutralino als leichtestem SUSY Teilchen. Weiterhin betrachten wir das "Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model" (NMSSM), welches das \(\mu\)-Problem des MSSM löst, und diskutieren dort das leichteste Neutralino als Dunkle Materie Kandidaten. \\ Im Rahmen von leichten Gravitinos als Dunkle Materie wird das kosmologische Gravitino Problem betrachtet. Es wird gezeigt, dass die in der Literatur vorgeschlagene Lösung gegen die Überbevölkerung des Universums durch solche Gravitinos, nämlich die Entropieproduktion durch Zerfälle der GMSB-Messenger, nur in ausgewählten Modellen und kleinen Regionen des Parameterraums funktioniert. Die Ursache hierfür sind zwei Faktoren, die bislang außer Acht gelassen wurden: Mögliche Zerfälle der neutralen Messenger in massive Vektorbosonen sowie der Einfluss geladener Messenger. Beide Aspekte bewirken zusammen ein Wechselspiel von verschiedenen, kosmologischen Randbedingungen, welches zu starken Bedingungen an die zu Grunde liegenden Parameter führt.\\ Als nächstes werden Modelle im Rahmen minimaler Supergravitation (mSugra) untersucht, welche bei sehr hohen Energien über zusätzliche chirale Superfelder verfügen. Diese zusätzlichen Teilchen sind in kompletten $SU(5)$ Multiplets angeordnet, um Eichvereinheitlichung nicht zu gefährden. Die neuen Teilchen erzeugen durch den so genannten Seesaw-Mechanismus einen Dimension~5 Operator, welcher Neutrinodaten erklären kann. Darüber hinaus erzeugen sie aber durch das geänderte Laufen der Renormierungsgruppengleichungen Unterschiede im Massenspektrum der SUSY Teilchen, was natürlich auch die Eigenschaften des Neutralinos als Dunkle Materie Kandidaten verändert. Wir diskutieren den Parameterraum aller drei möglichen Seesaw-Szenarien im Hinblick auf Dunkle Materie sowie die Auswirkungen auf Leptonflavor verletzende Prozesse. Wir werden sehen, dass insbesondere in Typ~III aber auch in Typ~II sowohl große Unterschiede im Massenspektrum als auch in den Parameterbereichen, welche konsistent mit Dunkler Materie sind, im Vergleich zu einem gewöhnlichen mSugra-Szenario bestehen. Darüber hinaus führen vor allem die oberen, experimentellen Schranken der Verzweigungsverhältnisse von \(l_i \rightarrow l_j \gamma\) zu starken Bedingungen an die zu Grunde liegenden Seesaw-Parameter. \\ Abschließend wird das Neutralino im Rahmen des NMSSM untersucht. In dieser Erweiterung des MSSM ist zwar das Neutralino immer noch der beste Kandidat für Dunkle Materie, kann sich jedoch auf Grund der Anteile eines Eichsinglets sehr unterschiedlich im Vergleich zum MSSM verhalten. Wir zeigen nicht nur die Unterschiede zum MSSM auf, sondern berechnen auch die Dichte Dunkler Materie im NMSSM mit der gleichen Präzision wie im MSSM. Für diesen Zweck ist es notwendig, eine komplette Einschleifenrenormierung des elektroschwachen Sektors des NMSSM durchzuführen. Es wird sich zeigen, dass insbesondere die Strahlungskorrekturen zu den Massen der Staus große Auswirkung auf die Neutralinodichte in der Koannihilationsregion haben. Weiterhin ist der so genannte Higgs-Funnel, also Bereiche im Parameterraum, in denen die Masse eines Higgs Bosons in etwa der zweifachen Masse des leichtesten Neutralinos entspricht, sehr sensitiv auf die Ein- und Zweischleifenkorrekturen im pseudoskalaren Sektor. \\ Im Rahmen dieser Projekte wurde ein Mathematica Package namens SARAH entwickelt, um supersymmetrische Modelle schnell, effektiv und mit sehr hoher Präzision untersuchen zu können. SARAH berechnet für ein gegebenes Modell alle analytischen Ausdrücke für die Massen, Wechselwirkungen, Selbstenergien auf Einschleifenniveau sowie Renormierungsgruppengleichungen auf Ein- und Zweischleifenniveau. Eine große Bandbreite von SUSY Modellen kann analysiert und auch von dem Benutzer intuitiv verändert werden. Die berechneten Ausdrücke können dazu benutzt werden, um neue Modelle in Programme zum diagrammatischen Berechnen von Prozessen (FeynArts/FormCalc bzw. CalcHep/CompHep) zu implementieren oder das gesamte Spektrum und alle Parameter des neuen SUSY Modells mit Hilfe von \SPheno berechnen zu lassen. Die sich durch SARAH bietenden Möglichkeiten gehen hierbei über reine Studien zur Dunkle Materie weit hinaus. KW - Supersymmetrie KW - Dunkle Materie KW - Supersymmetry KW - Dark Matter Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-55343 ER - TY - THES A1 - Martin, Lee C. T1 - The Kondo Lattice Model: a Dynamical Cluster Approximation Approach N2 - We apply an antiferromagnetic symmetry breaking implementation of the dynamical cluster approximation (DCA) to investigate the two-dimensional hole-doped Kondo lattice model (KLM) with hopping $t$ and coupling $J$. The DCA is an approximation at the level of the self-energy. Short range correlations on a small cluster, which is self-consistently embedded in the remaining bath electrons of the system, are handled exactly whereas longer ranged spacial correlations are incorporated on a mean-field level. The dynamics of the system, however, are retained in full. The strong temporal nature of correlations in the KLM make the model particularly suitable to investigation with the DCA. Our precise DCA calculations of single particle spectral functions compare well with exact lattice QMC results at the particle-hole symmetric point. However, our DCA version, combined with a QMC cluster solver, also allows simulations away from particle-hole symmetry and has enabled us to map out the magnetic phase diagram of the model as a function of doping and coupling $J/t$. At half-filling, our results show that the linear behaviour of the quasi-particle gap at small values of $J/t$ is a direct consequence of particle-hole symmetry, which leads to nesting of the Fermi surface. Breaking the symmetry, by inclusion of a diagonal hopping term, results in a greatly reduced gap which appears to follow a Kondo scale. Upon doping, the magnetic phase observed at half-filling survives and ultimately gives way to a paramagnetic phase. Across this magnetic order-disorder transition, we track the topology of the Fermi surface. The phase diagram is composed of three distinct regions: Paramagnetic with {\it large} Fermi surface, in which the magnetic moments are included in the Luttinger sum rule, lightly antiferromagnetic with large Fermi surface topology, and strongly antiferromagnetic with {\it small} Fermi surface, where the magnetic moments drop out of the Luttinger volume. We draw on a mean-field Hamiltonian with order parameters for both magnetisation and Kondo screening as a tool for interpretation of our DCA results. Initial results for fixed coupling and doping but varying temperature are also presented, where the aim is look for signals of the energy scales in the system: the Kondo temperature $T_{K}$ for initial Kondo screening of the magnetic moments, the Neel temperature $T_{N}$ for antiferromagnetic ordering, a possible $T^{*}$ at which a reordering of the Fermi surface is observed, and finally, the formation of the coherent heavy fermion state at $T_{coh}$. N2 - Wir setzen eine Implementierung der dynamischen Cluster Näherung (DCA) mit gebrochener Symmetrie ein um das zweidimensionale lochdotierte Kondo Gitter Model (KLM) mit dem Hüpfmatrixelement $t$ und der Kopplung $J$ zu untersuchen. Die DCA beruht auf einer Näherung der Selbstenergie. Kurzreichweitige Korrelationen auf einem kleinen Cluster, der selbstkonsistent in ein Bad der übrigen Systemelektronen eingebettet ist, werden exakt behandelt, während langreichweitige Korrelationen auf Mean-Field Basis berücksichtigt werden. Dabei wird jedoch die Dynamik des Systems voll beibehalten. Auf Grund starker dynamischer Korrelationen zeigt sich das KLM als besonders geeignet für Untersuchungen im Rahmen der DCA. Präzise Berechnungen der Einteilchen Spektralfunktion geben gute Übereinstimmung mit exakten Gitter-QMC Resultaten am Teilchen-Loch symmetrischen Punkt. Unsere DCA Version, kombiniert mit einem QMC Cluster Solver, erlaubt es, Simulationen fern vom Teilchen-Loch symmetrischen Punkt durchzuführen und hat es uns ermöglicht das magnetische Phasendiagram des Models als Funktion der Dotierung und der Kopplung $J/t$ abzutasten. Bei halber Füllung zeigen unsere Resultate, dass das lineare Verhalten der Quasiteilchenlücke bei kleinem $J/t$ direkt aus der vorliegenden Teilchen-Loch Symmetrie, die ihrerseits zu Nesting führt, hervorgeht. Brechung dieser Symmetrie durch das Einführen eines diagonalen Hüpfmatrixelements, hat eine an die Kondo Skala gekoppelte, stark reduzierte Quasiteilchenlücke zur Folge. Im dotiertem System setzt sich die bei Halbfüllung beobachtete magnetische Phase fort bis sie letztendlich der paramagnetischen Phase weicht. Wir verfolgen die Entwicklung der Topologie der Fermifläche beim Durchstoßen dieses magnetischen Übergangs vom Ordnungs- zum Unordnungregime. Das Phasendiagram unterteilt sich in drei verschiedenen Regionen: Den Paramagnetischen Bereich mit {\it großer} Fermifläche, in dem die magnetische Momente zum Luttinger Volumen beitragen, den schwachen Antiferromagneten, mit großer Fermiflächetopologie, und den starken Antiferromagneten mit {\it kleiner} Fermifläche, bei dem die magnetischen Momente nicht am Luttinger Volumen beteiligt sind. Wir beziehen uns zur weiteren Interpretation unserer DCA Resultate auf einen Mean-Field Hamiltonian mit Ordnungsparametern sowohl für die Magnetisierung als auch für die Kondo-Abschirmung. Erste Resultate bei fester Kopplung und Dotierung, jedoch bei unterschiedlichen Temperaturen, zwecks der Ermittlung der verschiedene Energieskalen des Systems, werden dargestellt. Wir suchen Signale der Kondo Temperatur $T_{K}$ bei der die Kondo-Abschirmung der magnetische Momente einsetzt, der Neel Temperatur $T_{N}$ der antiferromagnetischem Ordnung, das eventuelle Auftreten einer durch $T^{*}$ gekennzeichnete Änderung der Fermiflächen Topologie, und letztendlich die Ausbildung eines kohärenten schwerfermionischen Zustandes bei $T_{coh}$. KW - Gittermodell KW - Kondo-Modell KW - dynamische Cluster KW - Kondo Lattice Model KW - dynamical cluster approximation Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-49446 ER -