Isospin dependence of the Ar+Ni fusion-evaporation cross section

The fundamental goal of this thesis is the determination of the isospin dependence of the Ar+Ni fusion-evaporation cross section. Three Ar isotope beams, with energies of about 13AMeV, have been accelerated and impinged onto isotopically enriched Ni targets, in order to produce Pd nuclei, with mass number varying from 92 to 104. The measurements have been performed by the high performance 4pi detector INDRA, coupled with the magnetic spectrometer VAMOS. Even if the results are very preliminary, the obtained fusion-evaporation cross sections behaviour gives a hint at the possible isospin dependence of the fusion-evaporation cross sections.

Entwicklung einer Fokalebenen-Driftkammer für niederenergetische Pionen und experimentelle Bestimmung einer inversen Transfermatrix für das Short-Orbit-Spektrometer

Die Drei-Spektrometer-Anlage am Mainzer Institut für Kernphysik wurde um ein zusätzliches Spektrometer ergänzt, welches sich durch seine kurze Baulänge auszeichnet und deshalb Short-Orbit-Spektrometer (SOS) genannt wird. Beim nominellen Abstand des SOS vom Target (66 cm) legen die nachzuweisenden Teilchen zwischen Reaktionsort und Detektor eine mittlere Bahnlänge von 165 cm zurück. Für die schwellennahe Pionproduktion erhöht sich dadurch im Vergleich zu den großen Spektrometern die Überlebenswahrscheinlichkeit geladener Pionen mit Impuls 100 MeV/c von 15% auf 73%. Demzufolge verringert sich der systematische Fehler ("Myon-Kontamination"), etwa bei der geplanten Messung der schwachen Formfaktoren G_A(Q²) und G_P(Q²), signifikant. Den Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit bildet die Driftkammer des SOS. Ihre niedrige Massenbelegung (0,03% X_0) zur Reduzierung der Kleinwinkelstreuung ist auf den Nachweis niederenergetischer Pionen hin optimiert. Aufgrund der neuartigen Geometrie des Detektors musste eine eigene Software zur Spurrekonstruktion, Effizienzbestimmung etc. entwickelt werden. Eine komfortable Möglichkeit zur Eichung der Driftweg-Driftzeit-Relation, die durch kubische Splines dargestellt wird, wurde implementiert. Das Auflösungsvermögen des Spurdetektors liegt in der dispersiven Ebene bei 76 µm für die Orts- und 0,23° für die Winkelkoordinate (wahrscheinlichster Fehler) sowie entsprechend in der nicht-dispersiven Ebene bei 110 µm bzw. 0,29°. Zur Rückrechnung der Detektorkoordinaten auf den Reaktionsort wurde die inverse Transfermatrix des Spektrometers bestimmt. Hierzu wurden an Protonen im ¹²C-Kern quasielastisch gestreute Elektronen verwendet, deren Startwinkel durch einen Lochkollimator definiert wurden. Daraus ergeben sich experimentelle Werte für die mittlere Winkelauflösung am Target von sigma_phi = 1,3 mrad bzw. sigma_theta = 10,6 mrad. Da die Impulseichung des SOS nur mittels quasielastischer Streuung (Zweiarmexperiment) durchgeführt werden kann, muss man den Beitrag des Protonarms zur Breite des Piks der fehlenden Masse in einer Monte-Carlo-Simulation abschätzen und herausfalten. Zunächst lässt sich nur abschätzen, dass die Impulsauflösung sicher besser als 1% ist.

Pi +-Elektroproduktion an der Schwelle

Die Messung der Elektroproduktion geladener Pionen in der Nähe der Produktionsschwelle ermöglicht die Bestimmung des axialen Formfaktors des Nukleons G_A(Q²) und aus seinem Verlauf die Extraktion der axialen Masse M_A. Diese Größe kann im Rahmen der chiralen Störungstheorie vorhergesagt werden, so daß ihre experimentelle Bestimmung eine Überprüfung der theoretischen Beschreibung des Nukleons erlaubt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die bereits am Institut für Kernphysik der Universität Mainz in der A1-Kollaboration durchgeführten Messungen der Reaktion H(e,e'Pi+)n bei einer Schwerpunktsenergie von W = 1125 MeV und einem Vierer- impulsübertrag Q² von 0.117, 0.195 und 0.273 (GeV/c)² durch eine weitere Messung bei Q² = 0.058 (GeV/c)² ergänzt. In einer zweiten Meßperiode wurden zusätzlich die Messungen für die Q²-Werte von 0.117 und 0.195 (GeV/c)² wiederholt. Für alle Q²-Werte wurden Daten bei mindestens drei verschiedenen Werten der Polarisation des virtuellen Photons genommen, so daß für alle Messungen eine Rosenbluthseparation durchgeführt werden konnte, um den transversalen und den longitudinalen Anteil des Wirkungsquerschnitts zu bestimmen. Das Ergebnis für Q² = 0.195 (GeV/c)² stimmt im Rahmen der Fehler mit dem alten Ergebnis überein, für Q² = 0.117 (GeV/c)² ergibt sich eine deutliche Abweichung des longitudinalen Anteils. Das Ergebnis für Q² = 0.058 (GeV/c)² liegt unter der aus den alten Messungen gewonnenen Vorhersage. Der induzierte pseudoskalare Formfaktor des Nukleons G_P(Q²) kann ebenfalls in der Pionelektroproduktion bestimmt werden, wenn die Messung bei einer Schwerpunktsenergie nur wenige MeV über der Produktionsschwelle stattfindet. Eine solche Messung erfordert den Nachweis von Pionen mit kinetischen Energien unter 35 MeV, für den die in der A1-Kollaboration vorhandenen Spektrometer nicht geeignet sind. Im apparativen Teil der Arbeit wurde daher ein Szintillatorhodoskop für ein dediziertes Pionspektrometer mit kurzer Weglänge gebaut und getestet. Außerdem wurden für dieses sogenannte Short-Orbit-Spektrometer drei Kollimatoren entworfen und eingebaut.

Messung der CP-verletzenden Asymmetrie von K + - pi + - pi 0 pi 0 mit dem NA48-Detektor

Bis heute ist die Frage nicht geklärt, warum bei der Entstehung des Universums Materie gegenüber der Antimaterie bevorzugt war und das heutige Materieuniversum entstanden ist. Eine Voraussetzung für die Entstehung dieser Materie-Antimaterie-Asymmetrie ist die Verletzung der Kombination von Ladungs- (C) und Punktsymmetrie (P), die CP-Verletzung. CP-Verletzung kann sich unter anderem in den Zerfällen K+- -> pi+- pi0 pi0 zeigen. Die NA48/2"=Kollaboration zeichnete während den Jahren 2003 und 2004 über 200~TB Daten von Zerfällen geladener Kaonen auf. In dieser Arbeit wurde die CP"=verletzende Asymmetrie der Zerfälle K+- -> pi+- pi0 pi0 mit über 90~Millionen ausgewählten Ereignissen aus diesem Datensatz gemessen. Vorhersagen im Standardmodell der Teilchenphysik sagen hier eine CP"=verletzende Asymmetrie in der Größenordnung zwischen $10^{-6}$ und $10^{-5}$ voraus. In Modellen außerhalb des Standardmodells kann es aber auch größere Asymmetrien geben. Das NA48/2"=Experiment war darauf ausgelegt, mögliche systematische Unsicherheiten zu begrenzen. Um dies zu erreichen, wurden positive und negative Kaonen simultan an einem Target erzeugt und ihr Impuls durch ein Strahlsystem mit zwei Strahlengängen auf ca. $60~GeV/c$ begrenzt. Die Strahlen wurden auf wenige Millimeter genau überlagert in die Zerfallsregion geleitet. Die Strahlengänge von positiven und negativen Kaonen sowie die Polarität des Magneten des Impulsspektrometers wurden regelmäßig gewechselt. Dies erlaubte eine Symmetrisierung von Strahlführung und Detektor für positive und negative Kaonen während der Analyse. Durch ein Vierfachverhältnis der vier Datensätze mit den unterschiedlichen Konfigurationen konnte sichergestellt werden, dass alle durch Strahlführung oder Detektor erzeugten Asymmetrien sich in erster Ordnung aufheben. Um die unterschiedlichen Produktionsspektren von positiven und negativen Kaonen auszugleichen wurde in dieser Arbeit eine Ereignisgewichtung durchgeführt. Die Analyse wurde auf mögliche systematische Unsicherheiten untersucht. Dabei zeigte sich, dass die systematischen Unsicherheiten in der Analyse deutlich kleiner als der statistischer Fehler sind. Das Ergebnis der Messung des die CP-verletzende Asymmetrie beschreibenden Parameters $A_g$ ist: begin{equation} A_g= (1,2 pm 1,7_{mathrm{(stat)}} pm 0,7_{mathrm{(sys)}}) cdot 10^{-4}. end{equation} Diese Messung ist fast zehnmal genauer als bisherige Messungen und stimmt innerhalb ihrer Unsicherheit mit dem Standardmodell überein. Modelle, die eine größere CP-Verletzung in diesem Zerfall vorhersagen, können ausgeschlossen werden.

Messung des elektrischen Neutron-Formfaktors in der Reaktion 3 He(e,e'n)pp bei Q 2 = 1.58 (GeV/c) 2

Die elektromagnetischen Nukleon-Formfaktoren sind fundamentale Größen, welche eng mit der elektromagnetischen Struktur der Nukleonen zusammenhängen. Der Verlauf der elektrischen und magnetischen Sachs-Formfaktoren G_E und G_M gegen Q^2, das negative Quadrat des Viererimpulsübertrags im elektromagnetischen Streuprozess, steht über die Fouriertransformation in direkter Beziehung zu der räumlichen Ladungs- und Strom-Verteilung in den Nukleonen. Präzise Messungen der Formfaktoren über einen weiten Q^2-Bereich werden daher für ein quantitatives Verständnis der Nukleonstruktur benötigt.rnrnDa es keine freien Neutrontargets gibt, gestaltet sich die Messung der Neutron-Formfaktoren schwierig im Vergleich zu der Messung am Proton. Konsequenz daraus ist, dass die Genauigkeit der vorhandenen Daten von Neutron-Formfaktoren deutlich geringer ist als die von Formfaktoren des Protons; auch der vermessene Q^2-Bereich ist kleiner. Insbesondere der elektrische Sachs-Formfaktor des Neutrons G_E^n ist schwierig zu messen, da er aufgrund der verschwindenden Nettoladung des Neutrons im Verhältnis zu den übrigen Nukleon-Formfaktoren sehr klein ist. G_E^n charakterisiert die Ladungsverteilung des elektrisch neutralen Neutrons und ist damit besonders sensitiv auf die innere Struktur des Neutrons.rnrnIn der hier vorgestellten Arbeit wurde G_E^n aus Strahlhelizitätsasymmetrien in der quasielastischen Streuung vec{3He}(vec{e}, e'n)pp bei einem Impulsübertrag von Q^2 = 1.58 (GeV/c)^2 bestimmt. Die Messung fand in Mainz an der Elektronbeschleunigeranlage Mainzer Mikrotron innerhalb der A1-Kollaboration im Sommer 2008 statt. rnrnLongitudinal polarisierte Elektronen mit einer Energie von 1.508 GeV wurden an einem polarisierten ^3He-Gastarget, das als effektives, polarisiertes Neutrontarget diente, gestreut. Die gestreuten Elektronen wurden in Koinzidenz mit den herausgeschlagenen Neutronen detektiert; die Elektronen wurden in einem magnetischen Spektrometer nachgewiesen, durch den Nachweis der Neutronen in einer Matrix aus Plastikszintillatoren wurde der Beitrag der quasielastischen Streuung am Proton unterdrückt.rnrnAsymmetrien des Wirkungsquerschnitts bezüglich der Elektronhelizität sind bei Orientierung der Targetpolarisation in der Streuebene und senkrecht zum Impulsübertrag sensitiv auf G_E^n / G_M^n; mittels deren Messung kann G_E^n bestimmt werden, da der magnetische Formfaktor G_M^n mit vergleichsweise hoher Präzision bekannt ist. Zusätzliche Messungen der Asymmetrie bei einer Polarisationsorientierung parallel zum Impulsübertrag wurden genutzt, um systematische Fehler zu reduzieren.rnrnFür die Messung inklusive statistischem (stat) und systematischem (sys) Fehler ergab sich G_E^n = 0.0244 +/- 0.0057_stat +/- 0.0016_sys.

Study of cosmic nuclei fluxes with AMS-02: implication for dark matter search

L’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) é un rivelatore per raggi cosmici (CR) progettato e costruito da una collaborazione internazionale di 56 istituti e 16 paesi ed installato il 19 Maggio del 2011 sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Orbitando intorno alla Terra, AMS-02 sará in grado di studiare con un livello di accuratezza mai raggiunto prima la composizione dei raggi cosmici, esplorando nuove frontiere nella fisica delle particelle, ricercando antimateria primordiale ed evidenze indirette di materia oscura. Durante il mio lavoro di tesi, ho utilizzato il software GALPROP per studiare la propagazione dei CR nella nostra Galassia attraverso il mezzo interstellare (ISM), cercando di individuare un set di parametri in grado di fornire un buon accordo con i dati preliminari di AMS-02. In particolare, mi sono dedicata all’analisi del processo di propagazione di nuclei, studiando i loro flussi e i relativi rapporti. Il set di propagazione ottenuto dall’analisi é stato poi utilizzato per studiare ipotetici flussi da materia oscura e le possibili implicazioni per la ricerca indiretta attraverso AMS-02.

On the analysis of inhomogeneous magnetic field spectrometer for laser-driven ion acceleration

We present a detailed study of the use of a non-parallel, inhomogeneous magnetic field spectrometer for the investigation of laser-accelerated ion beams. Employing a wedged yoke design, we demonstrate the feasibility of an in-situ self-calibration technique of the non-uniform magnetic field and show that high-precision measurements of ion energies are possible in a wide-angle configuration. We also discuss the implications of a stacked detector system for unambiguous identification of different ion species present in the ion beam and explore the feasibility of detection of high energy particles beyond 100 MeV/amu in radiation harsh environments.

Rapid isolation and detection of erythropoietin in blood plasma by magnetic core gold nanoparticles and portable Raman spectroscopy

Isolating, purifying, and identifying proteins in complex biological matrices is often difficult, time consuming, and unreliable. Herein we describe a rapid screening technique for proteins in biological matrices that combines selective protein isolation with direct surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) detection. Magnetic core gold nanoparticles were synthesised, characterised, and subsequently functionalized with recombinant human erythropoietin (rHuEPO)-specific antibody. The functionalized nanoparticles were used to capture rHuEPO from horse blood plasma within 15 minutes. The selective binding between the protein and the functionalized nanoparticles was monitored by SERS. The purified protein was then released from the nanoparticles’ surface and directly spectroscopically identified on a commercial nanopillar SERS substrate. ELISA independently confirmed the SERS identification and quantified the released rHuEPO. Finally, the direct SERS detection of the extracted protein was successfully demonstrated for in-field screening by a handheld Raman spectrometer within 1 minute sample measurement time.

A pulsed field gradient spin echo NMR spectrometer for diffusion coefficient measurements

A pulsed field gradient spin echo NMR spectrometer has been assembled by interfacing a programmable pulse generator and a data acquisition system designed and fabricated in our laboratory with other imported units. Calibration results of the magnetic field gradients are presented.

Growth and magnetic properties of ferromagnetic Co nanorods filled inside carbon nanotubes towards nanoscale spintronics

We synthesize Co nanorod filled inside multi-walled CNTs (MWCNTs) by microwave plasma enhanced chemical vapor deposition (MPECVD) and utilize off-axis electron holography to observe the remanent states of the filled metal nanorod inside MWCNTs at room. The MWCNTs grew up to 100-110 nm in diameter and 1.5-1.7 μm in length. The typical bright-field transmission electron microscope (TEM) images revealed both Co/Pd multisegment nanorod and Co nanorod filled inside MWCNTs on the same substrate. We have also performed energy-dispersive X-ray spectrometer (EDS) measurements to characterize the composition of metal filled inside MWCNTs. Based on high-resolution TEM measurements, we observed the face-centered-cubic (fcc) Co filled inside MWCNT. The component of magnetic induction was then measured to be 1.2±0.1 T, which is lower than the expected saturation magnetization of fcc Co of 1.7 T. The partial oxidation of the ferromagnetic metal during the process and the magnetization direction may play an important role in the determination of the quality of the remanent states. © 2008 IEEE.

Ellerman Bombs - Evidence for Magnetic Reconnection in the Lower Solar Atmosphere

The presence of photospheric magnetic reconnection has long been thought to give rise to short and impulsive events, such as Ellerman bombs (EBs) and Type II spicules. In this article, we combine high-resolution, high-cadence observations from the Interferometric BIdimensional Spectrometer and Rapid Oscillations in the Solar Atmosphere instruments at the Dunn Solar Telescope, National Solar Observatory, New Mexico, with co-aligned Solar Dynamics Observatory Atmospheric Imaging Assembly and Hinode Solar Optical Telescope (SOT) data to observe small-scale events situated within an active region. These data are then compared with state-of-the-art numerical simulations of the lower atmosphere made using the MURaM code. It is found that brightenings, in both the observations and the simulations, of the wings of the Hα line profile, interpreted as EBs, are often spatially correlated with increases in the intensity of the Fe I λ6302.5 line core. Bipolar regions inferred from Hinode/SOT magnetic field data show evidence of flux cancellation associated, co-spatially, with these EBs, suggesting that magnetic reconnection could be a driver of these high-energy events. Through the analysis of similar events in the simulated lower atmosphere, we are able to infer that line profiles analogous to the observations occur co-spatially with regions of strong opposite-polarity magnetic flux. These observed events and their simulated counterparts are interpreted as evidence of photospheric magnetic reconnection at scales observable using current observational instrumentation.

Tracking magnetic bright point motions through the solar atmosphere

High-cadence, multiwavelength observations and simulations are employed for the analysis of solar photospheric magnetic bright points (MBPs) in the quiet Sun. The observations were obtained with the Rapid Oscillations in the Solar Atmosphere (ROSA) imager and the Interferometric Bidimensional Spectrometer at the Dunn Solar Telescope. Our analysis reveals that photospheric MBPs have an average transverse velocity of approximately 1 km s-1, whereas their chromospheric counterparts have a slightly higher average velocity of 1.4 km s-1. Additionally, chromospheric MBPs were found to be around 63 per cent larger than the equivalent photospheric MBPs. These velocity values were compared with the output of numerical simulations generated using the muram code. The simulated results were similar, but slightly elevated, when compared to the observed data. An average velocity of 1.3 km s-1 was found in the simulated G-band images and an average of 1.8 km s-1 seen in the velocity domain at a height of 500 km above the continuum formation layer. Delays in the change of velocities were also analysed. Average delays of ˜4 s between layers of the simulated data set were established and values of ˜29 s observed between G-band and Ca ii K ROSA observations. The delays in the simulations are likely to be the result of oblique granular shock waves, whereas those found in the observations are possibly the result of a semi-rigid flux tube.

Determination of quality parameters for mustard sauces in sealed packets using time-domain nuclear magnetic resonance spectroscopy and chemometrics

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Thermal stability and the magnetic properties of hybrid vanadium oxide-tetradecylamine nanotubes

Vanadium oxide nanotubes (NTs) were synthesized by the sol-gel method followed by a long-term hydrothermal treatment. The obtained nanotubes have a multiwall structure, and 70% of vanadium ions are in the V4+ state. This percentage was derived by evaluating three components of the magnetic susceptibility; namely, (i) the paramagnetic Curie-Weiss behavior, (ii) antiferromagnetic dimers, and (iii) magnetic trimers. The as-made NTs were annealed in situ in the cavity of the electron paramagnetic resonance (EPR) spectrometer. The line shape changes irreversibly at 390 K, and the EPR susceptibility presents an anomaly at 425 K. These changes are interpreted as a partial oxidation of the V4+ ions and consequently a decrease in the concentration of the magnetic species. The quantification of the V4+ ions of the annealed NTs reveals a diminution to 39% of V4+, a weakening of the Curie-Weiss and antiferromagnetic dimers contributions, and the suppression of magnetic trimers. Vibrational studies confirm the decrease of V4+ amount. (C) 2012 American Institute of Physics. [http://dx.doi.org/10.1063/1.4749417]