Polarisation von Licht im Physikunterricht : ein Elementarisierungsansatz zur Einführung in quantenphysikalische Begriffe und Prinzipien

In der vorliegenden Arbeit wird ein Unterrichtskonzept für die gymnasiale Oberstufe beschrieben, das anhand der Polarisationseigenschaft des Lichts von der Beobachtung ausgehend einen Zugang zur Quantenphysik ermöglicht. Die Unterrichtsinhalte bauen so aufeinander auf, dass ein "harter Bruch" zwischen der klassischen und der quantenphysikalischen Beschreibung von Licht vermieden wird. Das methodische Vorgehen des Unterrichtskonzeptes führt vom Phänomen ausgehend zu quantitativen Experimenten hin zu einer Einführung in quantenphysikalische Begriffe und Prinzipien. Dabei bildet der elektrische Feldvektor die Verknüpfung zwischen der klassischen und der quantenphysi-kalischen Beschreibung der Polarisationsexperimente, in dem er zunächst die Polarisationsexperimente beschreibt und im weiteren Verlauf des Unterrichtsganges als Wahrscheinlichkeitsamplitude gedeutet wird. Die Polarisation von Licht wird zu Beginn des Unterrichtsganges im Rahmen eines fächerübergreifenden Kontextes eingeführt, wobei die Navigation der Insekten nach dem polarisierten Himmelslicht als Einstieg dient. Die Erzeugung und die Eigen-schaften von polarisiertem Licht werden anhand von einfachen qualitativen Schüler- und Demonstrationsexperimenten mit Polarisationsfolien erarbeitet. Das Polarisationsphänomen der Haidinger-Büschel, das bei der Beobachtung von polarisiertem Licht wahrgenommen werden kann, ermöglicht eine Anbindung an das eigene Erleben der Schülerinnen und Schüler. Zur Erklärung dieser Experimente auf der Modellebene wird der elektrische Feldvektor und dessen Komponentenzerlegung benutzt. Im weiteren Verlauf des Unterrichtsganges wird die Komponentenzerlegung des elektrischen Feldvektors für eine quantitative Beschreibung der Polarisationsexperimente wieder aufgegriffen. In Experimenten mit Polarisationsfiltern wird durch Intensitätsmessungen das Malussche Gesetz und der quadratische Zusammenhang zwischen Intensität und elektrischem Feldvektor erarbeitet. Als Abschluss der klassischen Polarisationsexperimente wird das Verhalten von polarisiertem Licht bei Überlagerung in einem Michelson-Interferometer untersucht. Das in Abhängigkeit der Polarisationsrichtungen entstehende Interferenzmuster wird wiederum mit Hilfe der Komponentenzerlegung des elektrischen Feldvektors beschrieben und führt zum Superpositionsprinzip der elektrischen Feldvektoren. Beim Übergang zur Quantenphysik werden die bereits durchgeführten Polarisationsexperimente als Gedankenexperimente in der Photonenvorstellung gedeutet. Zur Beschreibung der Polarisation von Photonen wird der Begriff des Zustandes eingeführt, der durch die Wechselwirkung der Photonen mit dem Polarisationsfilter erzeugt wird. Das Malussche Gesetz wird in der Teilchenvorstellung wieder aufgegriffen und führt mit Hilfe der statistischen Deutung zum Begriff der Wahrscheinlichkeit. Bei der Beschreibung von Interferenzexperimenten mit einzelnen Photonen wird die Notwendigkeit eines Analogons zum elektrischen Feldvektor deutlich. Diese Betrachtungen führen zum Begriff der Wahrscheinlichkeitsamplitude und zum Superpositionsprinzip der Wahrscheinlichkeitsamplituden. Zum Abschluss des Unterrichtsganges wird anhand des Lokalisationsproblems einzelner Photonen das Fundamentalprinzip der Quantenphysik erarbeitet.

Polarization and correlation phenomena in the radiative electron capture by bare highly-charged ions

In dieser Arbeit wird die Wechselwirkung zwischen einem Photon und einem Elektron im starken Coulombfeld eines Atomkerns am Beispiel des radiativen Elektroneneinfangs beim Stoß hochgeladener Teilchen untersucht. In den letzten Jahren wurde dieser Ladungsaustauschprozess insbesondere für relativistische Ion–Atom–Stöße sowohl experimentell als auch theoretisch ausführlich erforscht. In Zentrum standen dabei haupsächlich die totalen und differentiellen Wirkungsquerschnitte. In neuerer Zeit werden vermehrt Spin– und Polarisationseffekte sowie Korrelationseffekte bei diesen Stoßprozessen diskutiert. Man erwartet, dass diese sehr empfindlich auf relativistische Effekte im Stoß reagieren und man deshalb eine hervorragende Methode zu deren Bestimmung erhält. Darüber hinaus könnten diese Messungen auch indirekt dazu führen, dass man die Polarisation des Ionenstrahls bestimmen kann. Damit würden sich neue experimentelle Möglichkeiten sowohl in der Atom– als auch der Kernphysik ergeben. In dieser Dissertation werden zunächst diese ersten Untersuchungen zu den Spin–, Polarisations– und Korrelationseffekten systematisch zusammengefasst. Die Dichtematrixtheorie liefert hierzu die geeignete Methode. Mit dieser Methode werden dann die allgemeinen Gleichungen für die Zweistufen–Rekombination hergeleitet. In diesem Prozess wird ein Elektron zunächst radiativ in einen angeregten Zustand eingefangen, der dann im zweiten Schritt unter Emission des zweiten (charakteristischen) Photons in den Grundzustand übergeht. Diese Gleichungen können natürlich auf beliebige Mehrstufen– sowie Einstufen–Prozesse erweitert werden. Im direkten Elektroneneinfang in den Grundzustand wurde die ”lineare” Polarisation der Rekombinationsphotonen untersucht. Es wurde gezeigt, dass man damit eine Möglichkeit zur Bestimmung der Polarisation der Teilchen im Eingangskanal des Schwerionenstoßes hat. Rechnungen zur Rekombination bei nackten U92+ Projektilen zeigen z. B., dass die Spinpolarisation der einfallenden Elektronen zu einer Drehung der linearen Polarisation der emittierten Photonen aus der Streuebene heraus führt. Diese Polarisationdrehung kann mit neu entwickelten orts– und polarisationsempfindlichen Festkörperdetektoren gemessen werden. Damit erhält man eine Methode zur Messung der Polarisation der einfallenden Elektronen und des Ionenstrahls. Die K–Schalen–Rekombination ist ein einfaches Beispiel eines Ein–Stufen–Prozesses. Das am besten bekannte Beispiel der Zwei–Stufen–Rekombination ist der Elektroneneinfang in den 2p3/2–Zustand des nackten Ions und anschließendem Lyman–1–Zerfall (2p3/2 ! 1s1/2). Im Rahmen der Dichte–Matrix–Theorie wurden sowohl die Winkelverteilung als auch die lineare Polarisation der charakteristischen Photonen untersucht. Beide (messbaren) Größen werden beträchtlich durch die Interferenz des E1–Kanals (elektrischer Dipol) mit dem viel schwächeren M2–Kanal (magnetischer Quadrupol) beeinflusst. Für die Winkelverteilung des Lyman–1 Zerfalls im Wasserstoff–ähnlichen Uran führt diese E1–M2–Mischung zu einem 30%–Effekt. Die Berücksichtigung dieser Interferenz behebt die bisher vorhandene Diskrepanz von Theorie und Experiment beim Alignment des 2p3/2–Zustands. Neben diesen Ein–Teichen–Querschnitten (Messung des Einfangphotons oder des charakteristischen Photons) wurde auch die Korrelation zwischen den beiden berechnet. Diese Korrelationen sollten in X–X–Koinzidenz–Messungen beobbachtbar sein. Der Schwerpunkt dieser Untersuchungen lag bei der Photon–Photon–Winkelkorrelation, die experimentell am einfachsten zu messen ist. In dieser Arbeit wurden ausführliche Berechnungen der koinzidenten X–X–Winkelverteilungen beim Elektroneneinfang in den 2p3/2–Zustand des nackten Uranions und beim anschließenden Lyman–1–Übergang durchgeführt. Wie bereits erwähnt, hängt die Winkelverteilung des charakteristischen Photons nicht nur vom Winkel des Rekombinationsphotons, sondern auch stark von der Spin–Polarisation der einfallenden Teilchen ab. Damit eröffnet sich eine zweite Möglichkeit zur Messung der Polaristion des einfallenden Ionenstrahls bzw. der einfallenden Elektronen.

Utilidad de la electromiografía de esfínter anal en el diagnóstico diferencial de la atrofia multisistémica: una revisión de la literatura

La atrofia multisistémica (AMS) es una enfermedad degenerativa caracterizada por disautonomías y síntomas extrapiramidales. El diagnóstico diferencial con otros parkinsonismos es difícil, por lo cual se requiere una ayuda paraclínica para soportar el diagnóstico clínico. La degeneración del núcleo de Onuf, exclusiva en esta enfermedad, podría sugerir que la presencia de denervación en el esfínter anal podría ser tomada en cuenta como criterio diagnóstico de AMS. Se realizó una revisión sistemática con el fin de determinar la utilidad de la electromiografía de esfínter anal (EMG-EA) en el diagnóstico diferencial de AMS contra otros parkinsonismos. Se incluyeron 17 estudios que analizaron los resultados de EMG-EA en pacientes con AMS. De éstos, 11 de estudios fueron analíticos y compararon pacientes con AMS y otros parkinsonismos. Los 6 estudios restantes fueron descriptivos. La duración de los potenciales de unidad motora (PUM) es significativamente mayor en pacientes con AMS comparados con otros parkinsonismos, y utilizando un punto de corte > 13 ms muestra características operativas que hacen a este parámetro potencialmente útil. Solo un estudio encontró diferencias significativas en el porcentaje de PUM polifásicos, el cual tuvo una sensibilidad y especificidad clínicamente útil cuando el punto de corte es mayor a 60%. El resto de los estudios no reportan diferencias estadísticamente significativas entre parkinsonismos. La literatura disponible apunta a la potencial utilidad de la EMG-EA en el diagnóstico diferencial de la AMS de otros parkinsonismos; sin embargo es necesario conducir más estudios para solventar las limitaciones metodológicas existentes.

From dichotic listening to the irrelevant sound effect: a behavioural and neuroimaging analysis of the processing of unattended speech

The assumption that ignoring irrelevant sound in a serial recall situation is identical to ignoring a non-target channel in dichotic listening is challenged. Dichotic listening is open to moderating effects of working memory capacity (Conway et al., 2001) whereas irrelevant sound effects (ISE) are not (Beaman, 2004). A right ear processing bias is apparent in dichotic listening, whereas the bias is to the left ear in the ISE (Hadlington et al., 2004). Positron emission tomography (PET) imaging data (Scott et al., 2004, submitted) show bilateral activation of the superior temporal gyrus (STG) in the presence of intelligible, but ignored, background speech and right hemisphere activation of the STG in the presence of unintelligible background speech. It is suggested that the right STG may be involved in the ISE and a particularly strong left ear effect might occur because of the contralateral connections in audition. It is further suggested that left STG activity is associated with dichotic listening effects and may be influenced by working memory span capacity. The relationship of this functional and neuroanatomical model to known neural correlates of working memory is considered.

The long-term safety and efficacy of bilateral transplantation of human fetal striatal tissue in patients with mild to moderate Huntington's disease.

Huntington's disease (HD) is a fatal autosomal dominant neurodegenerative disease involving progressive motor, cognitive and behavioural decline, leading to death approximately 20 years after motor onset. The disease is characterised pathologically by an early and progressive striatal neuronal cell loss and atrophy, which has provided the rationale for first clinical trials of neural repair using fetal striatal cell transplantation. Between 2000 and 2003, the 'NEST-UK' consortium carried out bilateral striatal transplants of human fetal striatal tissue in five HD patients. This paper describes the long-term follow up over a 3-10-year postoperative period of the patients, grafted and non-grafted, recruited to this cohort using the 'Core assessment program for intracerebral transplantations-HD' assessment protocol. No significant differences were found over time between the patients, grafted and non-grafted, on any subscore of the Unified Huntington's Disease Rating Scale, nor on the Mini Mental State Examination. There was a trend towards a slowing of progression on some timed motor tasks in four of the five patients with transplants, but overall, the trial showed no significant benefit of striatal allografts in comparison with a reference cohort of patients without grafts. Importantly, no significant adverse or placebo effects were seen. Notably, the raclopride positron emission tomography (PET) signal in individuals with transplants, indicated that there was no obvious surviving striatal graft tissue. This study concludes that fetal striatal allografting in HD is safe. While no sustained functional benefit was seen, we conclude that this may relate to the small amount of tissue that was grafted in this safety study compared with other reports of more successful transplants in patients with HD.

Automatic attention lateral asymmetry in visual discrimination tasks

There is evidence that automatic visual attention favors the right side. This study investigated whether this lateral asymmetry interacts with the right hemisphere dominance for visual location processing and left hemisphere dominance for visual shape processing. Volunteers were tested in a location discrimination task and a shape discrimination task. The target stimuli (S2) could occur in the left or right hemifield. They were preceded by an ipsilateral, contralateral or bilateral prime stimulus (S1). The attentional effect produced by the right S1 was larger than that produced by the left S1. This lateral asymmetry was similar between the two tasks suggesting that the hemispheric asymmetries of visual mechanisms do not contribute to it. The finding that it was basically due to a longer reaction time to the left S2 than to the right S2 for the contralateral S1 condition suggests that the inhibitory component of attention is laterally asymmetric.

Dynamic Changes in the Mental Rotation Network Revealed by Pattern Recognition Analysis of fMRI Data

We investigated the temporal dynamics and changes in connectivity in the mental rotation network through the application of spatio-temporal support vector machines (SVMs). The spatio-temporal SVM [Mourao-Miranda, J., Friston, K. J., et al. (2007). Dynamic discrimination analysis: A spatial-temporal SVM. Neuroimage, 36, 88-99] is a pattern recognition approach that is suitable for investigating dynamic changes in the brain network during a complex mental task. It does not require a model describing each component of the task and the precise shape of the BOLD impulse response. By defining a time window including a cognitive event, one can use spatio-temporal fMRI observations from two cognitive states to train the SVM. During the training, the SVM finds the discriminating pattern between the two states and produces a discriminating weight vector encompassing both voxels and time (i.e., spatio-temporal maps). We showed that by applying spatio-temporal SVM to an event-related mental rotation experiment, it is possible to discriminate between different degrees of angular disparity (0 degrees vs. 20 degrees, 0 degrees vs. 60 degrees, and 0 degrees vs. 100 degrees), and the discrimination accuracy is correlated with the difference in angular disparity between the conditions. For the comparison with highest accuracy (08 vs. 1008), we evaluated how the most discriminating areas (visual regions, parietal regions, supplementary, and premotor areas) change their behavior over time. The frontal premotor regions became highly discriminating earlier than the superior parietal cortex. There seems to be a parcellation of the parietal regions with an earlier discrimination of the inferior parietal lobe in the mental rotation in relation to the superior parietal. The SVM also identified a network of regions that had a decrease in BOLD responses during the 100 degrees condition in relation to the 0 degrees condition (posterior cingulate, frontal, and superior temporal gyrus). This network was also highly discriminating between the two conditions. In addition, we investigated changes in functional connectivity between the most discriminating areas identified by the spatio-temporal SVM. We observed an increase in functional connectivity between almost all areas activated during the 100 degrees condition (bilateral inferior and superior parietal lobe, bilateral premotor area, and SMA) but not between the areas that showed a decrease in BOLD response during the 100 degrees condition.

Primary Pulmonary Choriocarcinoma After Human Chorionic Gonadotropin Normalization Following Hydatidiform Mole A Report of Two Cases

BACKGROUND: Primary pulmonary choriocarcinoma (PPC) is rare and frequently leads to death.CASES: Two young patients presented with previous molar pregnancy and spontaneous serum human chorionic gonadotropin (hCG) normalization. Patient 1 was referred to our center after partial response to chemotherapy. Pulmonary lobectomy was performed, and hCG rapidly declined. During further chemotherapy, liver metastasis was detected by positron emission tomography. Right hepatectomy was performed, and hCG declined for 28 days, but increased again despite chemotherapy. This patient died from hepatic failure 3 years after diagnosis. Patient 2 presented with persistently high hCG, though the affected organ was not identified. Chemotherapy was unsuccessful. Patient reevaluation showed an isolated pulmonary mass. Pulmonary lobectomy was performed; 2 weeks later, hCG was normal and consolidation with 2 cycles of chemotherapy was administered. The patient has been in remission for 24 months. PPC was confirmed by histo pathology and immunohistochemistry in both cases. Gestational origin of the tumor was confirmed by molecular genetic analysis (polymorphic microsatellite markers).CONCLUSION: The possibility of choriocarcinoma cannot be overlooked in young women with an isolated pulmonary mass. Early diagnosis, prompt chemotherapy, and surgical resection in a specialized center improves the prognosis. (J Reprod Med 2010;55:311-316)

Usando a antimatéria na medicina moderna

Neste artigo, fazemos uma breve exposição de como um dos conceitos fundamentais da física moderna, a existência de antimatéria, tem aplicação na medicina, na chamada tomografia por emissão de pósitrons (PET na sigla em inglês). Ela consiste na produção de imagens tomográficas digitais do organismo que são obtidas pela detecção da radiação produzida na aniquilação do pósitron com o elétron.

Plasmonic Coupling in Er3+:Au Tellurite Glass

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

DO INERTIAL ELECTRIC CHARGES RADIATE WITH RESPECT TO UNIFORMLY ACCELERATED OBSERVERS

We revisit the long standing problem of analyzing an inertial electric charge from the point of view of uniformly accelerated observers in the context of semi-classical gravity. We Choose a suitable set of accelerated observers with respect to which there is no photon emission coming from the inertial charge. We discuss this result against previous claims.

Background thermal depolarization of electrons in storage rings

We discuss the influence of the background thermal bath on the depolarization of electrons in high-energy storage rings, and on the photon emission associated with the spin flip. We focus, in particular, on electrons at CERN LEP. We show that in a certain interval of solid angles the photon emission is enhanced several orders of magnitude because of the presence of the thermal bath. Notwithstanding, the overall depolarization induced by the background thermal bath at LEP conditions is much smaller than the one induced by plain acceleration at zero temperature and can be neglected in practical situations. Eventually we discuss under what conditions the background thermal bath can enhance the overall depolarization by several orders of magnitude.

Visible to infrared energy conversion in Pr3+-Yb3+ co-doped fluoroindate glasses

Processes involving visible to infrared energy conversion are presented for Pr3+-Yb3+ co-doped fluoroindate glasses. The emission in the visible and infrared regions, the luminescence decay time of the Pr 3+:3P0 → 3H4 (482 nm), Pr3+:1D2 → 3H6 (800 nm), Yb3+:2F5/2 → 2F 7/2 (1044 nm) transitions and the photoluminescence excitation spectra were measured in Pr3+ samples and in Pr3+-Yb 3+ samples as a function of the Yb3+ concentration. In addition, energy transfer efficiencies were estimated from Pr3+: 3P0 and Pr3+:1D2 levels to Yb3+:2F7/2 level. Down-Conversion (DC) emission is observed due to a combination of two different processes: 1-a one-step cross relaxation (Pr3+:3P0 → 1G4; Yb3+:2F7/2 → 2F5/2) resulting in one photon emitted by Pr3+ (1G4 → 3H5) and one photon emitted by Yb3+ (2F7/2 → 2F5/2); 2-a resonant two-step first order energy transfer, where the first part of energy is transferred to Yb3+ neighbor through cross relaxation (Pr3+:3P0 → 1G4; Yb3+:2F7/2 → 2F5/2) followed by a second energy transfer step (Pr 3+:1G4 → 3H4; Yb3+:2F7/2 → 2F5/2). A third process leading to one IR photon emission to each visible photon absorbed involves cross relaxation energy transfer (Pr3+: 1D2 → 3F4; Yb 3+:2F7/2 → 2F5/2). © 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

Measurement of the production cross section for Z gamma -> nu(nu)over-bar gamma in pp collisions at root s=7 TeV and limits on ZZ gamma and Z gamma gamma triple gauge boson couplings

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Profile and crowding of currents in mesoscopic superconductors with an array of antidots

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)