Development of hydrophilic nanocarriers for the charged form of the local anesthetic articaine

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

Searches for heavy Higgs bosons in two-Higgs-doublet models and for t→ch decay using multilepton and diphoton final states in pp collisions at 8 TeV

Searches are presented for heavy scalar (H) and pseudoscalar (A) Higgs bosons posited in the two doublet model (2HDM) extensions of the standard model (SM). These searches are based on a data sample of pp collisions collected with the CMS experiment at the LHC at a center-of-mass energy of root s = 8 TeV and corresponding to an integrated luminosity of 19.5 fb(-1). The decays H -> hh and A -> Zh, where h denotes an SM-like Higgs boson, lead to events with three or more isolated charged leptons or with a photon pair accompanied by one or more isolated leptons. The search results are presented in terms of the H and A production cross sections times branching fractions and are further interpreted in terms of 2HDM parameters. We place 95% C.L. cross section upper limits of approximately 7 pb on sigma B for H -> hh and 2 pb for A -> Zh. Also presented are the results of a search for the rare decay of the top quark that results in a charm quark and an SM Higgs boson, t -> ch, the existence of which would indicate a nonzero flavor-changing Yukawa coupling of the top quark to the Higgs boson. We place a 95% C.L. upper limit of 0.56% on B(t -> ch).

Directed and elliptic flow of charged particles in Cu plus Cu collisions at root s(NN)=22.4 GeV

This paper reports results for directed flow v(1) and elliptic flow v(2) of charged particles in Cu + Cu collisions at root s(NN) = 22.4 GeV at the Relativistic Heavy Ion Collider. The measurements are for the 0-60% most central collisions, using charged particles observed in the STAR detector. Our measurements extend to 22.4-GeV Cu + Cu collisions the prior observation that v1 is independent of the system size at 62.4 and 200 GeV and also extend the scaling of v(1) with eta/y(beam) to this system. The measured v(2)(p(T)) in Cu + Cu collisions is similar for root s(NN) throughout the range 22.4 to 200 GeV. We also report a comparison with results from transport model (ultrarelativistic quantum molecular dynamics and multiphase transport model) calculations. The model results do not agree quantitatively with the measured v(1)(eta), v(2)(p(T)), and v(2)(eta).

Inclusive charged hadron elliptic flow in Au+Au collisions at root s(NN)=7.7-39 GeV

A systematic study is presented for centrality, transverse momentum (p(T)), and pseudorapidity (eta) dependence of the inclusive charged hadron elliptic flow (v(2)) at midrapidity (vertical bar eta vertical bar < 1.0) in Au + Au collisions at root s(NN) = 7.7, 11.5, 19.6, 27, and 39 GeV. The results obtained with different methods, including correlations with the event plane reconstructed in a region separated by a large pseudorapidity gap and four-particle cumulants (v(2){4}), are presented to investigate nonflow correlations and v(2) fluctuations. We observe that the difference between v(2){2} and v(2){4} is smaller at the lower collision energies. Values of v(2), scaled by the initial coordinate space eccentricity, v(2)/epsilon, as a function of p(T) are larger in more central collisions, suggesting stronger collective flow develops in more central collisions, similar to the results at higher collision energies. These results are compared to measurements at higher energies at the Relativistic Heavy Ion Collider (root s(NN) = 62.4 and 200 GeV) and at the Large Hadron Collider (Pb + Pb collisions at root s(NN) = 2.76 TeV). The v(2)(pT) values for fixed pT rise with increasing collision energy within the pT range studied (<2 GeV/c). A comparison to viscous hydrodynamic simulations is made to potentially help understand the energy dependence of v(2)(pT). We also compare the v(2) results to UrQMD and AMPT transport model calculations, and physics implications on the dominance of partonic versus hadronic phases in the system created at beam energy scan energies are discussed.

A system for classification of time-series data from industrial non-destructive device

This work proposes a system for classification of industrial steel pieces by means of magnetic nondestructive device. The proposed classification system presents two main stages, online system stage and off-line system stage. In online stage, the system classifies inputs and saves misclassification information in order to perform posterior analyses. In the off-line optimization stage, the topology of a Probabilistic Neural Network is optimized by a Feature Selection algorithm combined with the Probabilistic Neural Network to increase the classification rate. The proposed Feature Selection algorithm searches for the signal spectrogram by combining three basic elements: a Sequential Forward Selection algorithm, a Feature Cluster Grow algorithm with classification rate gradient analysis and a Sequential Backward Selection. Also, a trash-data recycling algorithm is proposed to obtain the optimal feedback samples selected from the misclassified ones.

Echtzeitsuche nach Neutrinoausbrüchen von Supernovae mit dem AMANDA-II-Detektor

Der AMANDA-II Detektor ist primär für den richtungsaufgelösten Nachweis hochenergetischer Neutrinos konzipiert. Trotzdem können auch niederenergetische Neutrinoausbrüche, wie sie von Supernovae erwartet werden, mit hoher Signifikanz nachgewiesen werden, sofern sie innerhalb der Milchstraße stattfinden. Die experimentelle Signatur im Detektor ist ein kollektiver Anstieg der Rauschraten aller optischen Module. Zur Abschätzung der Stärke des erwarteten Signals wurden theoretische Modelle und Simulationen zu Supernovae und experimentelle Daten der Supernova SN1987A studiert. Außerdem wurden die Sensitivitäten der optischen Module neu bestimmt. Dazu mussten für den Fall des südpolaren Eises die Energieverluste geladener Teilchen untersucht und eine Simulation der Propagation von Photonen entwickelt werden. Schließlich konnte das im Kamiokande-II Detektor gemessene Signal auf die Verhältnisse des AMANDA-II Detektors skaliert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Algorithmus zur Echtzeit-Suche nach Signalen von Supernovae als Teilmodul der Datennahme implementiert. Dieser beinhaltet diverse Verbesserungen gegenüber der zuvor von der AMANDA-Kollaboration verwendeten Version. Aufgrund einer Optimierung auf Rechengeschwindigkeit können nun mehrere Echtzeit-Suchen mit verschiedenen Analyse-Zeitbasen im Rahmen der Datennahme simultan laufen. Die Disqualifikation optischer Module mit ungeeignetem Verhalten geschieht in Echtzeit. Allerdings muss das Verhalten der Module zu diesem Zweck anhand von gepufferten Daten beurteilt werden. Dadurch kann die Analyse der Daten der qualifizierten Module nicht ohne eine Verzögerung von etwa 5 Minuten geschehen. Im Falle einer erkannten Supernova werden die Daten für die Zeitdauer mehrerer Minuten zur späteren Auswertung in 10 Millisekunden-Intervallen archiviert. Da die Daten des Rauschverhaltens der optischen Module ansonsten in Intervallen von 500 ms zur Verfgung stehen, ist die Zeitbasis der Analyse in Einheiten von 500 ms frei wählbar. Im Rahmen dieser Arbeit wurden drei Analysen dieser Art am Südpol aktiviert: Eine mit der Zeitbasis der Datennahme von 500 ms, eine mit der Zeitbasis 4 s und eine mit der Zeitbasis 10 s. Dadurch wird die Sensitivität für Signale maximiert, die eine charakteristische exponentielle Zerfallszeit von 3 s aufweisen und gleichzeitig eine gute Sensitivität über einen weiten Bereich exponentieller Zerfallszeiten gewahrt. Anhand von Daten der Jahre 2000 bis 2003 wurden diese Analysen ausführlich untersucht. Während die Ergebnisse der Analyse mit t = 500 ms nicht vollständig nachvollziehbare Ergebnisse produzierte, konnten die Resultate der beiden Analysen mit den längeren Zeitbasen durch Simulationen reproduziert und entsprechend gut verstanden werden. Auf der Grundlage der gemessenen Daten wurden die erwarteten Signale von Supernovae simuliert. Aus einem Vergleich zwischen dieser Simulation den gemessenen Daten der Jahre 2000 bis 2003 und der Simulation des erwarteten statistischen Untergrunds kann mit einem Konfidenz-Niveau von mindestens 90 % gefolgert werden, dass in der Milchstraße nicht mehr als 3.2 Supernovae pro Jahr stattfinden. Zur Identifikation einer Supernova wird ein Ratenanstieg mit einer Signifikanz von mindestens 7.4 Standardabweichungen verlangt. Die Anzahl erwarteter Ereignisse aus dem statistischen Untergrund beträgt auf diesem Niveau weniger als ein Millionstel. Dennoch wurde ein solches Ereignis gemessen. Mit der gewählten Signifikanzschwelle werden 74 % aller möglichen Vorläufer-Sterne von Supernovae in der Galaxis überwacht. In Kombination mit dem letzten von der AMANDA-Kollaboration veröffentlicheten Ergebnis ergibt sich sogar eine obere Grenze von nur 2.6 Supernovae pro Jahr. Im Rahmen der Echtzeit-Analyse wird für die kollektive Ratenüberhöhung eine Signifikanz von mindestens 5.5 Standardabweichungen verlangt, bevor eine Meldung über die Detektion eines Supernova-Kandidaten verschickt wird. Damit liegt der überwachte Anteil Sterne der Galaxis bei 81 %, aber auch die Frequenz falscher Alarme steigt auf bei etwa 2 Ereignissen pro Woche. Die Alarm-Meldungen werden über ein Iridium-Modem in die nördliche Hemisphäre übertragen, und sollen schon bald zu SNEWS beitragen, dem weltweiten Netzwerk zur Früherkennung von Supernovae.

Computer simulations of charged systems in partially periodic geometries

This work presents algorithms for the calculation of the electrostatic interaction in partially periodic systems. The framework for these algorithms is provided by the simulation package ESPResSo, of which the author was one of the main developers. The prominent features of the program are listed and the internal structure is described. In the following, algorithms for the calculation of the Coulomb sum in three dimensionally periodic systems are described. These methods are the foundations for the algorithms for partially periodic systems presented in this work. Starting from the MMM2D method for systems with one non-periodic coordinate, the ELC method for these systems is developed. This method consists of a correction term which allows to use methods for three dimensional periodicity also for the case of two periodic coordinates. The computation time of this correction term is neglible for large numbers of particles. The performance of MMM2D and ELC are demonstrated by results from the implementations contained in ESPResSo. It is also discussed, how different dielectric constants inside and outside of the simulation box can be realized. For systems with one periodic coordinate, the MMM1D method is derived from the MMM2D method. This method is applied to the problem of the attraction of like-charged rods in the presence of counterions, and results of the strong coupling theory for the equilibrium distance of the rods at infinite counterion-coupling are checked against results from computer simulations. The degree of agreement between the simulations at finite coupling and the theory can be characterized by a single parameter gamma_RB. In the special case of T=0, one finds under certain circumstances flat configurations, in which all charges are located in the rod-rod plane. The energetically optimal configuration and its stability are determined analytically, which depends on only one parameter gamma_z, similar to gamma_RB. These findings are in good agreement with results from computer simulations.

Supersymmetry searches in the single lepton final state with the ATLAS detector

This thesis presents an analysis for the search of Supersymmetry with the ATLAS detector at the LHC. The final state with one lepton, several coloured particles and large missing transverse energy was chosen. Particular emphasis was placed on the optimization of the requirements for lepton identification. This optimization showed to be particularly useful when combining with multi-lepton selections. The systematic error associated with the higher order QCD diagrams in Monte Carlo production is given particular focus. Methods to verify and correct the energy measurement of hadronic showers are developed. Methods for the identification and removal of mismeasurements caused by the detector are found in the single muon and four jet environment are applied. A new detector simulation system is shown to provide good prospects for future fast Monte Carlo production. The analysis was performed for $35pb^{-1}$ and no significant deviation from the Standard Model is seen. Exclusion limits subchannel for minimal Supergravity. Previous limits set by Tevatron and LEP are extended.

Preparation of cold Mg + ion clouds for sympathetic cooling of highly charged ions at SPECTRAP

Die Elektronen in wasserstoff- und lithium-ähnlichen schweren Ionen sind den extrem starken elektrischen und magnetischen Feldern in der Umgebung des Kerns ausgesetzt. Die Laserspektroskopie der Hyperfeinaufspaltung im Grundzustand des Ions erlaubt daher einen sensitiven Test der Quantenelektrodynamik in starken Feldern insbesondere im magnetischen Sektor. Frühere Messungen an wasserstoffähnlichen Systemen die an einer Elektronenstrahl-Ionenfalle (EBIT) und am Experimentierspeicherring (ESR) der GSI Darmstadt durchgeführt wurden, waren in ihrer Genauigkeit durch zu geringe Statistik, einer starken Dopplerverbreiterung und der großen Unsicherheit in der Ionenenergie limitiert. Das ganze Potential des QED-Tests kann nur dann ausgeschöpft werden, wenn es gelingt sowohl wasserstoff- als auch lithium-ähnliche schwere Ionen mit einer um 2-3 Größenordnung gesteigerten Genauigkeit zu spektroskopieren. Um dies zu erreichen, wird gegenwärtig das neue Penningfallensystem SPECTRAP an der GSI aufgebaut und in Betrieb genommen. Es ist speziell für die Laserspektroskopie an gespeicherten hochgeladenen Ionen optimiert und wird in Zukunft von HITRAP mit nierderenergetischen hochgeladenen Ionen versorgt werden.rnrnSPECTRAP ist eine zylindrische Penningfalle mit axialem Zugang für die Injektion von Ionen und die Einkopplung eines Laserstrahls sowie einem radialen optischen Zugang für die Detektion der Fluoreszenz. Um letzteres zu realisieren ist der supraleitende Magnet als Helmholtz-Spulenpaar ausgelegt. Um die gewünschte Genauigkeit bei der Laserspektroskopie zu erreichen, muss ein effizienter und schneller Kühlprozess für die injizierten hochegeladenen Ionen realisiert werden. Dies kann mittels sympathetischer Kühlung in einer lasergekühlten Wolke leichter Ionen realisiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Lasersystem und eine Ionenquelle für die Produktion einer solchen 24Mg+ Ionenwolke aufgebaut und erfolgreich an SPECTRAP in Betrieb genommen. Dazu wurde ein Festkörperlasersystem für die Erzeugung von Licht bei 279.6 nm entworfen und aufgebaut. Es besteht aus einem Faserlaser bei 1118 nm der in zwei aufeinanderfolgenden Frequenzverdopplungsstufen frequenzvervierfacht wird. Die Verdopplerstufen sind als aktiv stabilisierte Resonantoren mit nichtlinearen Kristallen ausgelegt. Das Lasersystem liefert unter optimalen Bedingeungen bis zu 15 mW bei der ultravioletten Wellenlänge und erwies sich während der Teststrahlzeiten an SPECTRAP als ausgesprochen zuverlässig. Desweiteren wurde eine Ionequelle für die gepulste Injektion von Mg+ Ionen in die SPECTRAP Falle entwickelt. Diese basiert auf der Elektronenstoßionisation eines thermischen Mg-Atomstrahls und liefert in der gepulsten Extraktion Ionenbündel mit einer kleinen Impuls- und Energieverteilung. Unter Nutzung des Lasersystems konnten damit an SPECTRAP erstmals Ionenwolken mit bis zu 2600 lasergekühlten Mg Ionen erzeugt werden. Der Nachweis erfolgte sowohl mittels Fluoreszenz als auch mit der FFT-ICR Technik. Aus der Analyse des Fluoreszenz-Linienprofils lässt sich sowohl die Sensitivität auf einzelne gespeicherte Ionen als auch eine erreichte Endtemperatur in der Größenordnung von ≈ 100 mK nach wenigen Sekunden Kühlzeit belegen.

Search for supersymmetry in final states with jets, missing transverse energy and one charged lepton with the ATLAS-experiment

Im Jahr 2011 wurde am Large Hadron Collider mit dem ATLAS Experiment ein Datensatz von 4.7 inversen Femtobarn bei einer Schwerpunktsenergie von 7 TeV aufgezeichnet. Teil des umfangreichen Physikprogrammes des ATLAS Experiments ist die Suche nach Physik jenseits des Standardmodells. Supersymmetrie - eine neue Symmetrie zwischen Bosonen und Fermionen - wird als aussichtsreichester Kandidat für neue Physik angesehen, und zahlreiche direkte und indirekte Suchen nach Supersymmetrie wurden in den letzten Jahrzehnten bereits durchgeführt. In der folgenden Arbeit wird eine direkte Suche nach Supersymmetrie in Endzuständen mit Jets, fehlender Transversalenergie und genau einem Elektron oder Myon durchgeführt. Der analysierte Datensatz von 4.7 inversen Femtobarn umfasst die gesamte Datenmenge, welche am ATLAS Experiment bei einer Schwerpunktsenergie von 7 TeV aufgezeichnet wurde. Die Ergebnisse der Analyse werden mit verschiedenen anderen leptonischen Suchkanälen kombiniert, um die Sensitivität auf diversen supersymmetrischen Produktions- und Zerfallsmodi zu maximieren. Die gemessenen Daten sind kompatibel mit der Standardmodellerwartung, und neue Ausschlussgrenzen in verschiedenen supersymmetrischen Modellen werden berechnet.

Kinetic simulation of neutral∕ionized gas and electrically charged dust in the coma of comet 67P∕Churyumov-Gerasimenko

The cometary coma is a unique phenomenon in the solar system being a planetary atmosphere influenced by little or no gravity. As a comet approaches the sun, the water vapor with some fraction of other gases sublimate, generating a cloud of gas, ice and other refractory materials (rocky and organic dust) ejected from the surface of the nucleus. Sublimating gas molecules undergo frequent collisions and photochemical processes in the near‐nucleus region. Owing to its negligible gravity, comets produce a large and highly variable extensive dusty coma with a size much larger than the characteristic size of the cometary nucleus. The Rosetta spacecraft is en route to comet 67P/Churyumov‐Gerasimenko for a rendezvous, landing, and extensive orbital phase beginning in 2014. Both, interpretation of measurements and safety consideration of the spacecraft require modeling of the comet’s dusty gas environment. In this work we present results of a numerical study of multispecies gaseous and electrically charged dust environment of comet Chyuryumov‐Gerasimenko. Both, gas and dust phases of the coma are simulated kinetically. Photolytic reactions are taken into account. Parameters of the ambient plasma as well as the distribution of electric/magnetic fields are obtained from an MHD simulation [1] of the coma connected to the solar wind. Trajectories of ions and electrically charged dust grains are simulated by accounting for the Lorentz force and the nucleus gravity.

Physical reasons for the unusual α-helix stabilization afforded by charged or neutral polar residues in alanine-rich peptides

We have carried out conformational energy calculations on alanine-based copolymers with the sequence Ac-AAAAAXAAAA-NH2 in water, where X stands for lysine or glutamine, to identify the underlying source of stability of alanine-based polypeptides containing charged or highly soluble polar residues in the absence of charge–charge interactions. The results indicate that ionizable or neutral polar residues introduced into the sequence to make them soluble sequester the water away from the CO and NH groups of the backbone, thereby enabling them to form internal hydrogen bonds. This solvation effect dictates the conformational preference and, hence, modifies the conformational propensity of alanine residues. Even though we carried out simulations for specific amino acid sequences, our results provide an understanding of some of the basic principles that govern the process of folding of these short sequences independently of the kind of residues introduced to make them soluble. In addition, we have investigated through simulations the effect of the bulk dielectric constant on the conformational preferences of these peptides. Extensive conformational Monte Carlo searches on terminally blocked 10-mer and 16-mer homopolymers of alanine in the absence of salt were carried out assuming values for the dielectric constant of the solvent ɛ of 80, 40, and 2. Our simulations show a clear tendency of these oligopeptides to augment the α-helix content as the bulk dielectric constant of the solvent is lowered. This behavior is due mainly to a loss of exposure of the CO and NH groups to the aqueous solvent. Experimental evidence indicates that the helical propensity of the amino acids in water shows a dramatic increase on addition of certain alcohols, such us trifluoroethanol. Our results provide a possible explanation of the mechanism by which alcohol/water mixtures affect the free energy of helical alanine oligopeptides relative to nonhelical ones.

A host–guest system to study structure–function relationships of membrane fusion peptides

We designed a host–guest fusion peptide system, which is completely soluble in water and has a high affinity for biological and lipid model membranes. The guest sequences are those of the fusion peptides of influenza hemagglutinin, which are solubilized by a highly charged unstructured C-terminal host sequence. These peptides partition to the surface of negatively charged liposomes or erythrocytes and elicit membrane fusion or hemolysis. They undergo a conformational change from random coil to an obliquely inserted (≈33° from the surface) α-helix on binding to model membranes. Partition coefficients for membrane insertion were measured for influenza fusion peptides of increasing lengths (n = 8, 13, 16, and 20). The hydrophobic contribution to the free energy of binding of the 20-residue fusion peptide at pH 5.0 is −7.6 kcal/mol (1 cal = 4.18 J). This energy is sufficient to stabilize a “stalk” intermediate if a typical number of fusion peptides assemble at the site of membrane fusion. The fusion activity of the fusion peptides increases with each increment in length, and this increase strictly correlates with the hydrophobic binding energy and the angle of insertion.

A meanfield approach to the thermodynamics of a protein-solvent system with application to the oligomerization of the tumor suppressor p53

The thermodynamic stability and oligomerization status of the tumor suppressor p53 tetramerization domain have been studied experimentally and theoretically. A series of hydrophilic mutations at Met-340 and Leu-344 of human p53 were designed to disrupt the hydrophobic dimer–dimer interface of the tetrameric oligomerization domain of p53 (residues 325–355). Meanfield calculations of the free energy of the solvated mutants as a function of interdimer distance were compared with experimental data on the thermal stability and oligomeric state (tetramer, dimer, or equilibrium mixture of both) of each mutant. The calculations predicted a decreasing stability and oligomeric state for the following amino acids at residue 340: Met (tetramer) > Ser Asp, His, Gln, > Glu, Lys (dimer), whereas the experimental results showed the following order: Met (tetramer) > Ser > Gln > His, Lys > Asp, Glu (dimers). For residue 344, the calculated trend was Leu (tetramer) > Ala > Arg, Gln, Lys (dimer), and the experimental trend was Leu (tetramer) > Ala, Arg, Gln, Lys (dimer). The discrepancy for the lysine side chain at residue 340 is attributed to the dual nature of lysine, both hydrophobic and charged. The incorrect prediction of stability of the mutant with Asp at residue 340 is attributed to the fact that within the meanfield approach, we use the wild-type backbone configuration for all mutants, but low melting temperatures suggest a softening of the α-helices at the dimer–dimer interface. Overall, this initial application of meanfield theory toward a protein-solvent system is encouraging for the application of the theoretical model to more complex systems.

Fibroblast growth factor (FGF) homologous factors: new members of the FGF family implicated in nervous system development.

Four new members of the fibroblast growth factor (FGF) family, referred to as fibroblast growth factor homologous factors (FHFs), have been identified by a combination of random cDNA sequencing, data base searches, and degenerate PCR. Pairwise comparisons between the four FHFs show between 58% and 71% amino acid sequence identity, but each FHF shows less than 30% identity when compared with other FGFs. Like FGF-1 (acidic FGF) and FGF-2 (basic FGF), the FHFs lack a classical signal sequence and contain clusters of basic residues that can act as nuclear localization signals. In transiently transfected 293 cells FHF-1 accumulates in the nucleus and is not secreted. Each FHF is expressed in the developing and adult nervous systems, suggesting a role for this branch of the FGF family in nervous system development and function.