Comparison between real-time three-dimensional echocardiography, T1-201 single photon emission computed tomography and cardiac magnetic resonance imaging in the quantitative assessment of left ventricular volumes

Left ventricular (LV) volumes have important prognostic implications in patients with chronic ischemic heart disease. We sought to examine the accuracy and reproducibility of real-time 3D echo (RT-3DE) compared to TI-201 single photon emission computed tomography (SPECT) and cardiac magnetic resonance imaging (MRI). Thirty (n = 30) patients (age 62±9 years, 23 men) with chronic ischemic heart disease underwent LV volume assessment with RT-3DE, SPECT, and MRI. Ano vel semi-automated border detection algorithmwas used by RT-3DE. End diastolic volumes (EDV) and end systolic volumes (ESV) measured by RT3DE and SPECT were compared to MRI as the standard of reference. RT-3DE and SPECT volumes showed excellent correlation with MRI (Table). Both RT- 3DE and SPECT underestimated LV volumes compared to MRI (ESV, SPECT 74±58 ml versus RT-3DE 95±48 ml versus MRI 96±54 ml); (EDV, SPECT 121±61 ml versus RT-3DE 169±61 ml versus MRI 179±56 ml). The degree of ESV underestimation with RT-3DE was not significant.

Supernova neutrinos in AMANDA and IceCube - Monte Carlo development and data analysis

Supernovae are among the most energetic events occurring in the universe and are so far the only verified extrasolar source of neutrinos. As the explosion mechanism is still not well understood, recording a burst of neutrinos from such a stellar explosion would be an important benchmark for particle physics as well as for the core collapse models. The neutrino telescope IceCube is located at the Geographic South Pole and monitors the antarctic glacier for Cherenkov photons. Even though it was conceived for the detection of high energy neutrinos, it is capable of identifying a burst of low energy neutrinos ejected from a supernova in the Milky Way by exploiting the low photomultiplier noise in the antarctic ice and extracting a collective rate increase. A signal Monte Carlo specifically developed for water Cherenkov telescopes is presented. With its help, we will investigate how well IceCube can distinguish between core collapse models and oscillation scenarios. In the second part, nine years of data taken with the IceCube precursor AMANDA will be analyzed. Intensive data cleaning methods will be presented along with a background simulation. From the result, an upper limit on the expected occurrence of supernovae within the Milky Way will be determined.

Stacked searches for high-energy neutrinos from blazars with IceCube

In the year 2013, the detection of a diffuse astrophysical neutrino flux with the IceCube neutrino telescope – constructed at the geographic South Pole – was announced by the IceCube collaboration. However, the origin of these neutrinos is still unknown as no sources have been identified to this day. Promising neutrino source candidates are blazars, which are a subclass of active galactic nuclei with radio jets pointing towards the Earth. In this thesis, the neutrino flux from blazars is tested with a maximum likelihood stacking approach, analyzing the combined emission from uniform groups of objects. The stacking enhances the sensitivity w.r.t. the still unsuccessful single source searches. The analysis utilizes four years of IceCube data including one year from the completed detector. As all results presented in this work are compatible with background, upper limits on the neutrino flux are given. It is shown that, under certain conditions, some hadronic blazar models can be challenged or even rejected. Moreover, the sensitivity of this analysis – and any other future IceCube point source search – was enhanced by the development of a new angular reconstruction method. It is based on a detailed simulation of the photon propagation in the Antarctic ice. The median resolution for muon tracks, induced by high-energy neutrinos, is improved for all neutrino energies above IceCube’s lower threshold at 0.1TeV. By reprocessing the detector data and simulation from the year 2010, it is shown that the new method improves IceCube’s discovery potential by 20% to 30% depending on the declination.

Überprüfung der Genauigkeit der Relativitätstheorie mit atmosphärischen Myonneutrinos aus den AMANDA-Daten der Jahre 2000 bis 2003

Atmosphärische Neutrinos erlauben es Prinzipien der Relativitätstheorie, wie die Lorentz-Invarianz und das schwache Äquivalenzprinzip, zu überprüfen. Kleine Abweichungen von diesen Prinzipien können in einigen Theorien zu messbaren Neutrinooszillationen führen. In dieser Arbeit wird in den aufgezeichneten Neutrinoereignissen des AMANDA-Detektors nach solchen alternativen Oszillationseffekten gesucht. Das Neutrinoteleskop AMANDA befindet sich am geographischen Südpol und ist in einer Tiefe zwischen 1500 m und 2000 m im antarktischen Eispanzer eingebettet. AMANDA weist Myonneutrinos über das Tscherenkow-Licht neutrinoinduzierter Myonen nach, woraus die Richtung der Bahn des ursprünglichen Neutrinos rekonstruiert werden kann. Aus den AMANDA-Daten der Jahre 2000 bis 2003 wurden aus circa sieben Milliarden aufgezeichneten Ereignissen, die sich hauptsächlich aus dem Untergrund aus atmosphärischen Myonen zusammensetzen, 3401 Ereignisse neutrinoinduzierter Myonen selektiert. Dieser Datensatz wurde auf alternative Oszillationseffekte untersucht. Es wurden keine Hinweise auf solche Effekte gefunden. Für maximale Mischungswinkel konnte die untere Grenze für Oszillationsparameter, welche die Lorentz-Invarianz oder das Äquivalenzprinzip verletzen, auf DeltaBeta (2PhiDeltaGamma) < 5,15*10e-27 festgelegt werden.

Supernova-Detektion mit dem IceCube-Neutrinoteleskop

IceCube, ein Neutrinoteleskop, welches zur Zeit am Südpol aufgebaut und voraussichtlich 2011 fertiggestellt sein wird, kann galaktische Kernkollaps-Supernovae mit hoher Signifikanz und unübertroffener statistischer Genauigkeit der Neutrinolichtkurve detektieren. Derartige Supernovae werden begleitet von einem massiven Ausbruch niederenergetischer Neutrinos aller Flavour. Beim Durchfliegen des Detektormediums Eis entstehen Positronen und Elektronen, welche wiederum lokale Tscherenkowlichtschauer produzieren, die in ihrer Summe das gesamte Eis erleuchten. Ein Nachweis ist somit, trotz der Optimierung IceCubes auf hochenergetische Teilchenspuren, über eine kollektive Rauschratenerhöhung aller optischen Module möglich. Die vorwiegende Reaktion ist der inverse Betazerfall der Antielektronneutrinos, welcher über 90,% des gesamten Signals ausmacht.rnrnDiese Arbeit beschreibt die Implementierung und Funktionsweise der Supernova-Datennahme-Software sowie der Echtzeitanalyse, mit welcher die oben genannte Nachweismethode seit August 2007 realisiert ist. Die Messdaten der ersten zwei Jahre wurden ausgewertet und belegen ein extrem stabiles Verhalten des Detektors insgesamt sowie fast aller Lichtsensoren, die eine gemittelte Ausfallquote von lediglich 0,3,% aufweisen. Eine Simulation der Detektorantwort nach zwei unterschiedlichen Supernova-Modellen ergibt eine Sichtweite IceCubes, die im besten Falle bis zur 51,kpc entfernten Großen Magellanschen Wolke reicht. Leider ist der Detektor nicht in der Lage, die Deleptonisierungsspitze aufzulösen, denn Oszillationen der Neutrinoflavour innerhalb des Sterns modifizieren die Neutrinospektren ungünstig. Jedoch können modellunabhängig anhand des frühesten Signalanstiegs die inverse Massenhierarchie sowie $sin^2 2theta_{13} > 10^{-3}$ etabliert werden, falls die Entfernung zur Supernova $leq$,6,kpc beträgt. Gleiches kann durch Auswertung eines möglichen Einflusses der Erdmaterie auf die Neutrinooszillation mit Hilfe der Messung eines zweiten Neutrinodetektors erreicht werden.

Gamma-ray and neutrino fluxes from Heavy Dark Matter in the Galactic Center

We present a study of the Galactic Center region as a possible source of both secondary gamma-ray and neutrino fluxes from annihilating dark matter. We have studied the gamma-ray flux observed by the High Energy Stereoscopic System (HESS) from the J1745-290 Galactic Center source. The data are well fitted as annihilating dark matter in combination with an astrophysical background. The analysis was performed by means of simulated gamma spectra produced by Monte Carlo event generators packages. We analyze the differences in the spectra obtained by the various Monte Carlo codes developed so far in particle physics. We show that, within some uncertainty, the HESS data can be fitted as a signal from a heavy dark matter density distribution peaked at the Galactic Center, with a power-law for the background with a spectral index which is compatible with the Fermi-Large Area Telescope (LAT) data from the same region. If this kind of dark matter distribution generates the gamma-ray flux observed by HESS, we also expect to observe a neutrino flux. We show prospective results for the observation of secondary neutrinos with the Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss environmental RESearch project (ANTARES), Ice Cube Neutrino Observatory (Ice Cube) and the Cubic Kilometer Neutrino Telescope (KM3NeT). Prospects solely depend on the device resolution angle when its effective area and the minimum energy threshold are fixed.

Surface elevation and ice thickness measurements of an airborne radar survey made in the Sør Rondane Mountains, Antarctica

We present surface elevations and ice thicknesses along an airborne radar survey made in Eastern Dronning Maud Land. The survey was carried out above 4 major outlet glaciers which flows around Sør Rondane Mountains with AWI's radar mounted on Polar 5 plane. The data were collected between the 21st and the 23th of January 2011. A full description of the data can be found in Callens et al. (see further detatils).

Search for sterile neutrino mixing in the MINOS long-baseline experiment

A search for depletion of the combined flux of active neutrino species over a 735 km baseline is reported using neutral-current interaction data recorded by the MINOS detectors in the NuMI neutrino beam. Such a depletion is not expected according to conventional interpretations of neutrino oscillation data involving the three known neutrino flavors. A depletion would be a signature of oscillations or decay to postulated noninteracting sterile neutrinos, scenarios not ruled out by existing data. From an exposure of 3.18 x 10(20) protons on target in which neutrinos of energies between similar to 500 MeV and 120 GeV are produced predominantly as nu(mu), the visible energy spectrum of candidate neutral-current reactions in the MINOS far detector is reconstructed. Comparison of this spectrum to that inferred from a similarly selected near-detector sample shows that of the portion of the nu(mu) flux observed to disappear in charged-current interaction data, the fraction that could be converting to a sterile state is less than 52% at 90% confidence level (C. L.). The hypothesis that active neutrinos mix with a single sterile neutrino via oscillations is tested by fitting the data to various models. In the particular four-neutrino models considered, the mixing angles theta(24) and theta(34) are constrained to be less than 11 degrees and 56 degrees at 90% C. L., respectively. The possibility that active neutrinos may decay to sterile neutrinos is also investigated. Pure neutrino decay without oscillations is ruled out at 5.4 standard deviations. For the scenario in which active neutrinos decay into sterile states concurrently with neutrino oscillations, a lower limit is established for the neutrino decay lifetime tau(3)/m(3) > 2.1 x 10(-12) s/eV at 90% C.L.

Estudo do fluxo de neutrino solar com o código evolutivo de Toulouse - Geneva

The study of solar neutrinos is very important to a better comprehension of the set of nuclear reactions that occurs inside the Sun and in solar type stars. The ux of neutrinos provides a better comprehension of the stellar structure as a whole. In this dissertation we study the ux of neutrinos in a solar model, addressing the neutrino oscillation, analyzing with the intention of determining and verify the distribution from a statistical point of view, since this ux depends on the particles intrinsic velocity distributions in stellar plasma. The main tool for this analysis was the Toulouse-Geneva Stellar Evolution Code, or TGEC, which allow us to obtain the neutrino ux values per reaction and per layer inside the Sun, allowing us to compare the observational results for the neutrino ux detected on experiments based on Cl37 (Homestake), Ga71 (SAGE, Gallex/GNO) and water (SNO). Our results show the nal distribution for neutrino ux as a function of the depth using the coordinates of mass and radius. The dissertation also shows that the equations for this ux are present in TGEC.

Realisierung der IceCube MonteCarlo-Produktion im WLCG und Untersuchung von Auswirkungen meteorologischer Parameter auf die Erzeugung atmosphärischer Myonen

Das am Südpol gelegene Neutrinoteleskop IceCube detektiert hochenergetische Neutrinos über die schwache Wechselwirkung geladener und neutraler Ströme. Die Analyse basiert auf einem Vergleich mit Monte-Carlo-Simulationen, deren Produktion global koordiniert wird. In Mainz ist es erstmalig gelungen, Simulationen innerhalb der Architektur des Worldwide LHC Computing Grid (WLCG) zu realisieren, was die Möglichkeit eröffnet, Monte-Carlo-Berechnungen auch auf andere deutsche Rechnerfarmen (CEs) mit IceCube-Berechtigung zu verteilen. Atmosphärische Myonen werden mit einer Rate von über 1000 Ereignissen pro Sekunde aufgezeichnet. Eine korrekte Interpretation dieses dominanten Signals, welches um einen Faktor von 10^6 reduziert werden muss um das eigentliche Neutrinosignal zu extrahieren, ist deswegen von großer Bedeutung. Eigene Simulationen mit der Software-Umgebung CORSIKA wurden durchgeführt um die von Energie und Einfallswinkel abhängige Entstehungshöhe atmosphärischer Myonen zu bestimmen. IceCube Myonraten wurden mit Wetterdaten des European Centre for Medium-Range Weather Forcasts (ECMWF) verglichen und Korrelationen zwischen jahreszeitlichen sowie kurzzeitigen Schwankungen der Atmosphärentemperatur und Myonraten konnten nachgewiesen werden. Zudem wurde eine Suche nach periodischen Effekten in der Atmosphäre, verursacht durch z.B. meteorologische Schwerewellen, mit Hilfe einer Fourieranalyse anhand der IceCube-Daten durchgeführt. Bislang konnte kein signifikanter Nachweis zur Existenz von Schwerewellen am Südpol erbracht werden.

Optimierungen des Nachweises von Supernovae in IceCube

Kernkollaps-Supernovae werden von einem massiven Ausbruch niederenergetischer Neutrinos begleitet. Sie zählen zu den energiereichsten Erscheinungen im Universum und stellen die derzeit einzig bekannte Quelle extrasolarer Neutrinos dar.rnDie Detektion einer solchen Neutrinosignatur würde zu einem tieferen Verständnis des bislang unzureichend bekannten stellaren Explosionsmechanismus führen. rnDarüber hinaus würden neue Einblicke in den Bereich der Teilchenphysik und der Supernova-Modellierung ermöglicht. Das sich zur Zeit am geographischen Südpol im Aufbau befindliche Neutrinoteleskop IceCube wird 2011 fertig gestellt sein.rnIceCube besteht im endgültigen Ausbau aus 5160 Photovervielfachern, die sich in gitterförmiger Anordnung in Tiefen zwischen 1450m und 2450m unter der Eisoberfläche befinden. Durch den Nachweis von Tscherenkow-Photonenrnim antarktischen Gletscher ist es in der Lage, galaktische Supernovae über einen kollektiven Anstieg der Rauschraten in seinen Photonenvervielfachern nachzuweisen.rnIn dieser Arbeit werden verschiedene Studien zur Implementierung einer künstlichen Totzeit vorgestellt, welche korreliertes Rauschen unterdrücken und somit das Signal-Untergund-Verhältnis maximieren würden.rnEin weiterer Teil dieser Dissertation bestand in der Integration der Supernova-Datenakquise eine neue Experiment-Steuerungssoftware.rnFür den Analyseteil der Arbeit wurde ein Monte-Carlo für IceCube entwickelt und Neutinooszillations-Mechanismen und eine Reihe von Signalmodellen integriert. Ein Likelihoodhypothesen-Test wurde verwendet, um die Unterscheidbarkeit verschiedener Supernova- beziehungsweise Neutrinooszillations-Szenarien zu untersuchen. Desweiteren wurde analysiert inwieweit sich Schock-Anregungen und QCD-Phasenübergnag im Verlauf des Explosionsprozesses detektieren lassen.

Summer Temperature Trend Over the Past Two Millennia Using Air Content in Himalayan Ice

Two Himalayan ice cores display a factor-two decreasing trend of air content over the past two millennia, in contrast to the relatively stable values in Greenland and Antarctica ice cores over the same period. Because the air content can be related with the relative frequency and intensity of melt phenomena, its variations along the Himalayan ice cores provide an indication of summer temperature trend. Our reconstruction point toward an unprecedented warming trend in the 20th century but does not depict the usual trends associated with "Medieval Warm Period" (MWP), or "Little Ice Age" (LIA).