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- I-5818-2014 (1)
In dieser Dissertation wurden zwei Aspekte der Wechselwirkung von Laserpulsen mit Molekülen betrachtet: Erstens wurden numerische Algorithmen, die auf der zeitabhängigen Störungstheorie basieren, zur Berechnung von quantenmechanischen Wellenfunktionen analysiert. Zweitens wurden Effekte der absoluten Phase (Carrier envelope phase = CEP) von Laserpulsen bei der Laseranregung molekularer Systeme analysiert. In den Analysen zum ersten Aspekt wurden zwei verschiedene Algorithmen - in dieser Arbeit als simple und improved algorithm bezeichnet - verwendet, und die Normabweichung von mit diesen Algorithmen berechneten Wellenfunktionen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass diese Normabweichung für beide Algorithmen in zwei unterschiedliche Beiträge zerlegt werden kann. Der erste Normabweichungsbeitrag tritt aufgrund der numerischen Diskretisierung der Zeit auf und verschwindet, wenn der Zeitschritt, der die Dauer der Intervalle für diese Diskretisierung angibt, gegen Null geht. Man kann den ersten Normabweichungsbeitrag mit exzellenter Genauigkeit berechnen und seine Eigenschaften, die sich für die beiden Algorithmen erheblich unterschieden, eingehend analysieren. Der zweite Normabweichungsbeitrag tritt dadurch auf, dass die zeitabhängige Störungstheorie nicht normerhaltend ist, und geht daher gegen Null, wenn die Störungsordnung gegen unendlich geht. Dieser zweite Beitrag ist außerdem in guter Näherung unabhängig vom Zeitschritt und für beide Algorithmen näherungsweise gleich. Des Weiteren kann man das Verhalten des zweiten Normabweichungsbeitrags im Gegensatz zum ersten Beitrag nur qualitativ beschreiben. Für die Analyse zum zweiten Themengebiet dieser Arbeit, den CEP-Effekten, wurde betrachtet, ob CEP-Effekte auch für Laserpulse beliebiger Länge auftreten können. Über eine analytische Betrachtung erkennt man, dass dies für ein Zweiniveausystem nur dann der Fall ist, wenn beide Zustände vor Beginn der Wechselwirkung des Systems mit dem Laserpuls besetzt sind. Man kann aus diesem Ergebnis folgern, dass für einen Laserpuls, der zwei elektronische Zustände eines Moleküls über Einphotonenübergänge koppelt, in der Regel kein CEP-Effekt für beliebige Längen dieses Pulses auftritt. Der Grund dafür ist, dass vor der Wechselwirkung eines molekularen Systems mit einem Laserpuls für dieses üblicherweise nur der elektronische Grundzustand besetzt ist. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass dieses Problem durch ein spezielles Zweipulsschema für die Anregung eines molekularen Systems gelöst werden kann. Für dieses Pulsschema wird ein erster Puls verwendet, der zeitlich so kurz ist, dass Wellenpakete in mehreren elektronischen Zuständen angeregt werden. Der nachfolgende zweite Laserpuls ist spektral schmal, und seine zeitliche Länge kann beliebig groß gewählt werden. Man erhält für dieses Pulsschema Observablen, die von der CEP des zweiten Pulses, aber nicht von der CEP des ersten Pulses abhängen; somit ist ein CEP-Effekt nachweisbar. Derartige Observablen sind geometrische Asymmetrien für Zerfallsprodukte von Photodissoziationsreaktionen. Insbesondere unterscheidet sich das hier vorgestellte Pulsschema von anderen Zweipulsschemata, für welche Observablen von der Differenz der CEPs beider Pulse abhängen, aber nicht von der CEP einer der beiden Pulse allein.
In den vergangenen Jahren wurden vermehrt sogenannte Alginatersatzmaterialien für Indikationsbereiche entwickelt, für die bislang hauptsächlich Alginate verwendet wurden. In dieser in-vitro Studie wurden acht Alginatersatzmaterialien auf Basis von additionsvernetzenden Silikonen und vier Alginate auf ausgewählte mechanische Werkstoffeigenschaften hin untersucht, um beide Materialarten zu vergleichen und daraus Anwendungsempfehlungen ableiten zu können. Die getesteten Alginate waren Alginoplast Regular Set, Blueprint XCreme, Jeltrate Regular Set und Xantalgin select Fast Set. Die getesteten A-Silikone waren AlgiNot FS Cartridge und Volume, AlginX Ultra Cartridge, Position Penta, Silginat, Status Blue, Xantasil Cartridge und Dynamix fast set. Dabei wurden folgenden Materialeigenschaften untersucht: Verformung unter Druck, Rückstellung nach Verformung, Detailwiedergabegenauigkeit, Dimensionsstabilität, Reißfestigkeit, -dehnung, -energie, Toughness, E-Modul und Homogenität. Die Messverfahren, die verwendet wurden, sind in den Normen DIN EN ISO 4823, DIN EN 21563 und DIN 53504 beschrieben. Zur Messung der Dimensionsstabilität wurde ein neues Verfahren angewendet. Der Vergleich der Homogenität richtete sich nach rein optischen Kriterien der abgebundenen Abformmaterialien.
Die Ergebnisse zeigen, dass die getesteten Alginatsubstitute gegenüber den Alginaten vorteilhafte Eigenschaften besitzen. Alginate sind gegenüber äußeren Kräften nicht annähernd so widerstandsfähig wie Silikone und lassen sich bei gleicher Krafteinwirkung stärker komprimieren (Verformung unter Druck). Alginate sind leichter, aber weniger weit dehnbar (Reißdehnung). Die Alginate reißen bei deutlich geringerer Zugbelastung (Reißfestigkeit), vor allem in Bereichen, in denen das Abformmaterial nur dünn ausgelaufen ist (Toughness). Die elastische Rückstellungsrate der Alginate und von AlgiNot nach Druckbelastung liegt zwar noch im Normbereich, ist jedoch deutlich geringer als bei den anderen Silikonen, welche eine nahezu vollständige Rückstellung aufweisen. Sowohl Silikone als auch Alginate sind prinzipiell in der Lage, auch feinste Strukturen von 20µm Breite gut abzuformen (Detailwiedergabegenauigkeit). Der Versuch zur Messung der Dimensionsänderung zeigt, dass Alginatabformungen selbst unter optimalen Lagerungsbedingungen bereits nach weniger als 24 Stunden so stark geschrumpft sind, dass es ratsam ist die Abformung zu wiederholen. Die Silikone können mit Ausnahme von Silginat mindesten 14 Tage gelagert werden. Für Silginatabformungen wird eine Lagerungsdauer von maximal sieben Tagen empfohlen. Die Beobachtungen zur Homogenität der angemischten Materialien lassen schließen, dass Silikone bei Verwendung von Automischmaschinen besser und gleichmäßiger vermischt werden.
Aufgrund der besseren Materialeigenschaften eignen sich Alginatsubstitute vor allem für Abformungen, die über längere Zeit gelagert werden müssen, bevor ein Gipsmodell hergestellt werden kann und haben den Vorteil, dass aus einer Abformung mehrere Modelle hergestellt werden können. Für die meisten Indikationen genügen die Eigenschaften der Alginate zur Herstellung hinreichend genauer Modelle. Alginate haben außerdem den Vorteil, dass Abformungen mit deutlich geringerer Kraft aus dem Mund entnommen werden können.
This thesis explores the influence of social and environmental cues on the nest building behavior of leaf-cutting ants. Especially, the investigations are aimed at evaluating the mechanisms of nest building and how the nest environment can spatially guide building responses that lead to an adaptive nest architecture. The emergence of nest chambers in the nest of the leaf-cutting ant Acromyrmex lundi were evaluated. Rather than excavating nest chambers in advance, at places where workers encounter suitable environmental conditions for brood and fungus rearing, these items have to be present at a site. When presented in the laboratory with a choice between two otherwise identical digging sites, offering suitable environmental conditions, but one containing brood, the workers displayed a higher excavation activity at the site where they encountered the putative content of a chamber. The shape of the excavated cavity was also more round and chamber-like. It is concluded that leaf-cutting ants respond to social cues during nest building. Excavation is a costly process and colonies have to spend a part of their energy stores on nest building, so that regulatory responses for the control of nest excavation are expected to occur. Worker density at the beginning of the digging process influenced digging activity while the presence of in-nest stores did not. Stored brood and fungus did however influence the architecture of the excavated nest, leading to the excavation of larger chambers and smaller tunnels. While self-organized mechanisms appear to be involved in the nest building process, the social cues of the ants’ environment during building clearly influence the nest architecture and lead to an adjustment of the nest size to the current space needs of the colony. Workers secondarily regulated nest size by the opportunistic refilling of unused space with excavated soil pellets. As the ants should provide suitable conditions for brood and fungus rearing, they should show a behavioral response to CO2 concentrations, as the gas is known to hinder fungus respiration. Workers of A. lundi did indeed avoid high CO2-levels for fungus rearing but actually preferred CO2-values in the range encountered close to the soil surface, where this species excavates their nests. However, different CO2-levels did not affect their excavation behavior. While fungus chambers make up part of a leaf-cutting ant nest, most leaf-cutting ants of the genus Atta also spent part of the colony’s energy on excavating large, voluminous chambers for waste disposal, rather than scattering the material aboveground. It is expected that leaf-cutting ants also show environmental preferences for waste management. In experiments Atta laevigata workers preferred deposition in a warm and dry environment and showed no preference for specific CO2-levels. The continued accumulation of waste particles in a waste chamber seems to be based on the use of volatiles. These originate from the waste itself, and seem to be used as an orientation cue by workers relocating the material. The ensuing large accumulation of waste at one site should result in the emergence of more voluminous chambers for waste disposal.