Insights into Atmospheric Nucleation

Atmospheric aerosol particles have a strong impact on the global climate. A deep understanding of the physical and chemical processes affecting the atmospheric aerosol climate system is crucial in order to describe those processes properly in global climate models. Besides the climatic effects, aerosol particles can deteriorate e.g. visibility and human health. Nucleation is a fundamental step in atmospheric new particle formation. However, details of the atmospheric nucleation mechanisms have remained unresolved. The main reason for that has been the non-existence of instruments capable of measuring neutral newly formed particles in the size range below 3 nm in diameter. This thesis aims to extend the detectable particle size range towards close-to-molecular sizes (~1nm) of freshly nucleated clusters, and by direct measurement obtain the concentrations of sub-3 nm particles in atmospheric environment and in well defined laboratory conditions. In the work presented in this thesis, new methods and instruments for the sub-3 nm particle detection were developed and tested. The selected approach comprises four different condensation based techniques and one electrical detection scheme. All of them are capable to detect particles with diameters well below 3 nm, some even down to ~1 nm. The developed techniques and instruments were deployed in the field measurements as well as in laboratory nucleation experiments. Ambient air studies showed that in a boreal forest environment a persistent population of 1-2 nm particles or clusters exists. The observation was done using 4 different instruments showing a consistent capability for the direct measurement of the atmospheric nucleation. The results from the laboratory experiments showed that sulphuric acid is a key species in the atmospheric nucleation. The mismatch between the earlier laboratory data and ambient observations on the dependency of nucleation rate on sulphuric acid concentration was explained. The reason was shown to be associated in the inefficient growth of the nucleated clusters and in the insufficient detection efficiency of particle counters used in the previous experiments. Even though the exact molecular steps of nucleation still remain an open question, the instrumental techniques developed in this work as well as their application in laboratory and ambient studies opened a new view into atmospheric nucleation and prepared the way for investigating the nucleation processes with more suitable tools.

Inhomogeneous Structures in Holographic Superfluids I

We begin an investigation of inhomogeneous structures in holographic superfluids. As a first example, we study domain wall like defects in the 3+1 dimensional Einstein-Maxwell-Higgs theory, which was developed as a dual model for a holographic superconductor. In [1], we reported on such "dark solitons" in holographic superfluids. In this work, we present an extensive numerical study of their properties, working in the probe limit. We construct dark solitons for two possible condensing operators, and find that both of them share common features with their standard superfluid counterparts. However, both are characterized by two distinct coherence length scales (one for order parameter, one for charge condensate). We study the relative charge depletion factor and find that solitons in the two different condensates have very distinct depletion characteristics. We also study quasiparticle excitations above the holographic superfluid, and find that the scale of the excitations is comparable to the soliton coherence length scales.

Atmospheric particle formation in spatially and temporally varying conditions

Atmospheric particles affect the radiation balance of the Earth and thus the climate. New particle formation from nucleation has been observed in diverse atmospheric conditions but the actual formation path is still unknown. The prevailing conditions can be exploited to evaluate proposed formation mechanisms. This study aims to improve our understanding of new particle formation from the view of atmospheric conditions. The role of atmospheric conditions on particle formation was studied by atmospheric measurements, theoretical model simulations and simulations based on observations. Two separate column models were further developed for aerosol and chemical simulations. Model simulations allowed us to expand the study from local conditions to varying conditions in the atmospheric boundary layer, while the long-term measurements described especially characteristic mean conditions associated with new particle formation. The observations show statistically significant difference in meteorological and back-ground aerosol conditions between observed event and non-event days. New particle formation above boreal forest is associated with strong convective activity, low humidity and low condensation sink. The probability of a particle formation event is predicted by an equation formulated for upper boundary layer conditions. The model simulations call into question if kinetic sulphuric acid induced nucleation is the primary particle formation mechanism in the presence of organic vapours. Simultaneously the simulations show that ignoring spatial and temporal variation in new particle formation studies may lead to faulty conclusions. On the other hand, the theoretical simulations indicate that short-scale variations in temperature and humidity unlikely have a significant effect on mean binary water sulphuric acid nucleation rate. The study emphasizes the significance of mixing and fluxes in particle formation studies, especially in the atmospheric boundary layer. The further developed models allow extensive aerosol physical and chemical studies in the future.

Formale Aspekte dreier finnischsprachiger Untertitelungsversionen des Films Das Leben der Anderen und bei den Untertitelungen angewandte Übersetzungsstrategien

Työssä tutkitaan yhtäältä saksankielisen elokuvan Muiden elämä ( Das Leben der Anderen ) kolmen suomenkielisen tekstitysversion tekstityksen muotoseikkoja, kuten välimerkkien käyttöä, repliikki- ja rivijakoa, ja toisaalta tekstityksen sisältöseikkoja, joita tarkastellaan tekstityksessä käytettävien käännösstrategioiden avulla. Tutkielmassa tarkastellaan, ovatko tekstityksissä käytetyt muotoseikat konventioiden mukaisia ja minkälaisia käännösstrategioita tekstityksissä on käytetty sekä johtaako tietyn käännösstrategian käyttö merkityksen muutoksiin ja kaventumisiin tekstityksessä. Tutkielman aineistona on elokuva Muiden elämä ja sen kolme suomenkielistä tekstitystä: elokuvateattereissa esitetty versio, DVD-tekstitys ja televisiossa esitetty versio. Hypoteesina oli, että kaikkien versioiden muotoseikat ovat konventioiden mukaisia ja että versioilla on eroavuuksia ruututekstien määrässä ja repliikkijaossa. Lisäksi oletettiin, että tietyn käännösstrategian käytön ja merkityksen muutoksien välillä on yhteys, niin että merkityksen muutoksia esiintyy eniten silloin, kun kaikkea sanottua ei voida kääntää. Tutkielman teoriataustassa esitellään aluksi lyhyesti av-kääntämisen muita lajeja, kuten ns. dubbausta eli jälkiäänitystä, selostusta ja voice-overia, jonka jälkeen syvennytään tekstityksen teoriaan, tekstityksen muotoseikkoihin ja konventioihin sekä tekstityksen käännösstrategioihin. Tekstityksen sisältöseikkojen analyysin viitekehyksenä ovat Henrik Gottliebin (1994, 1997) kymmenen käännösstrategiaa: lisäys (engl. expansion), para-fraasi (paraphrase), suora käännös (transfer), imitaatio (imitation), transkriptio (transcription), siirtäminen (dislocation), tiivistäminen (condensation), lyhentäminen (decimation), poisjättäminen (deletion) ja resignaatio (resignation). Tutkielmassa analysoitiin kaikkien tekstitysversioiden muotoseikat. Tekstityksen sisältöseikkojen tutkimuksessa jokainen dialogin lause tai sivulause analysoitiin omana verbaalisena segmenttinään. Yhteensä analysoitiin 1311 verbaalista segmenttiä ja tutkittiin, mitä käännösstrategiaa missäkin tekstitysversiossa oli missäkin osakäännöksessä käytetty, sekä tarkasteltiin, muuttuuko repliikissä merkitys alkutekstiin verrattuna. Strategiat kuvataan ja niiden käyttöä valaistaan esimerkkien avulla. Tulokset ovat hypoteesia tukevia: Tutkielmassa havaittiin, että kaikkien tekstitysversioiden muotoseikat ovat suurimmalta osin konventioiden mukaisia. Eroja oli havaittavissa tavuviivan, pilkun ja kursiivin käytössä. Versiot eroavat myös ruututekstien määrässä: elokuvaversiossa on eniten ruututekstejä (1091), vaikka siinä on vähiten sanoja (3968); DVD-tekstityksessä on 876 ruututekstiä ja 4278 sanaa ja TV-tekstityksessä on 983 ruututekstiä ja 5293 sanaa. Eroavaisuudet selittyvät sillä, että elokuvatekstityksen ruututekstit ovat lyhyempiä ja nopeammin ilmestyviä kuin DVD- tai TV-tekstitysten. Tutkittu DVD-tekstitys on elokuvatekstityksen muokkaus, mistä johtuu sen vähäinen sana- ja ruututekstimäärä. Tutkielmassa havaittiin myös, että kaikissa versioissa yleisimmin käytetty käännösstrategia oli suora käännös, mutta TV-tekstityksessä sitä oli käytetty yli 50 %:ssa kaikista osakäännöksistä ja DVD- ja elokuvaversiossa yli 35 %:ssa, eli TV-tekstityksessä sitä oli käytetty huomattavasti enemmän kuin muissa versioissa. Lyhentämistä ja poisjättämistä oli DVD- ja elokuvatekstityksessä käytetty enemmän kuin TV-tekstityksessä. Nämäkin erot selit-tynevät elokuvatekstityksen pienemmällä tilalla ja tämän tekstityksen muokkaamisesta DVD-tekstitykseksi. Merkityksen muutoksia ja kaventumisia esiintyi eniten strategioiden poisjättäminen ja lyhentäminen yhteydessä, muiden strategioiden yhteydessä merkityksen muutoksia ja kaventumisia esiintyi vain marginaalisesti. Tulokset tukevat hypoteesia siitä, että merkitys muuttuu ja kaventuu eniten silloin, kun kaikkea sanottua ei voida kääntää.

Computational Methods for Studies of Quantum Dots and Boson Condensates

This thesis presents ab initio studies of two kinds of physical systems, quantum dots and bosons, using two program packages of which the bosonic one has mainly been developed by the author. The implemented models, \emph{i.e.}, configuration interaction (CI) and coupled cluster (CC) take the correlated motion of the particles into account, and provide a hierarchy of computational schemes, on top of which the exact solution, within the limit of the single-particle basis set, is obtained. The theory underlying the models is presented in some detail, in order to provide insight into the approximations made and the circumstances under which they hold. Some of the computational methods are also highlighted. In the final sections the results are summarized. The CI and CC calculations on multiexciton complexes in self-assembled semiconductor quantum dots are presented and compared, along with radiative and non-radiative transition rates. Full CI calculations on quantum rings and double quantum rings are also presented. In the latter case, experimental and theoretical results from the literature are re-examined and an alternative explanation for the reported photoluminescence spectra is found. The boson program is first applied on a fictitious model system consisting of bosonic electrons in a central Coulomb field for which CI at the singles and doubles level is found to account for almost all of the correlation energy. Finally, the boson program is employed to study Bose-Einstein condensates confined in different anisotropic trap potentials. The effects of the anisotropy on the relative correlation energy is examined, as well as the effect of varying the interaction potential.}