Pairwise comparison matrices and the error-free property of the decision maker

Pairwise comparison is a popular assessment method either for deriving criteria-weights or for evaluating alternatives according to a given criterion. In real-world applications consistency of the comparisons rarely happens: intransitivity can occur. The aim of the paper is to discuss the relationship between the consistency of the decision maker—described with the error-free property—and the consistency of the pairwise comparison matrix (PCM). The concept of error-free matrix is used to demonstrate that consistency of the PCM is not a sufficient condition of the error-free property of the decision maker. Informed and uninformed decision makers are defined. In the first stage of an assessment method a consistent or near-consistent matrix should be achieved: detecting, measuring and improving consistency are part of any procedure with both types of decision makers. In the second stage additional information are needed to reveal the decision maker’s real preferences. Interactive questioning procedures are recommended to reach that goal.

The Berkovits Complex and Semi-free Extensions of Koszul Algebras

Peer reviewed

A first principles analysis of the effect of hydrogen concentration in hydrogenated amorphous silicon on the formation of strained Si-Si bonds and the optical and mobility gaps

In this paper, we use a model of hydrogenated amorphous silicon generated from molecular dynamics with density functional theory calculations to examine how the atomic geometry and the optical and mobility gaps are influenced by mild hydrogen oversaturation. The optical and mobility gaps show a volcano curve as the hydrogen content varies from undersaturation to mild oversaturation, with largest gaps obtained at the saturation hydrogen concentration. At the same time, mid-gap states associated with dangling bonds and strained Si-Si bonds disappear at saturation but reappear at mild oversaturation, which is consistent with the evolution of optical gap. The distribution of Si-Si bond distances provides the key to the change in electronic properties. In the undersaturation regime, the new electronic states in the gap arise from the presence of dangling bonds and strained Si-Si bonds, which are longer than the equilibrium Si-Si distance. Increasing hydrogen concentration up to saturation reduces the strained bonds and removes dangling bonds. In the case of mild oversaturation, the mid-gap states arise exclusively from an increase in the density of strained Si-Si bonds. Analysis of our structure shows that the extra hydrogen atoms form a bridge between neighbouring silicon atoms, thus increasing the Si-Si distance and increasing disorder in the sample.

Étude des mécanismes d’extraction lipidique par le peptide mélittine et la protéine BSP1

Les peptides et protéines extracteurs de lipides (PEL) se lient aux membranes lipidiques puis en extraient des lipides en formant de plus petits auto-assemblages, un phénomène qui peut aller jusqu'à la fragmentation des membranes. Dans la nature, cette extraction se produit sur une gamme de cellules et entraîne des conséquences variées, comme la modification de la composition de la membrane et la mort de la cellule. Cette thèse se penche sur l’extraction lipidique, ou fragmentation, induite par le peptide mélittine et la protéine Binder-of-SPerm 1 (BSP1) sur des membranes lipidiques modèles. Pour ce faire, des liposomes de différentes compositions sont préparés et incubés avec la mélittine ou la BSP1. L'association aux membranes est déterminée par la fluorescence intrinsèque des PEL, tandis que l'extraction est caractérisée par une plateforme analytique combinant des tests colorimétriques et des analyses en chromatographie en phase liquide et spectrométrie de masse (LCMS). La mélittine fait partie des peptides antimicrobiens cationiques, un groupe de PEL très répandu chez les organismes vivants. Ces peptides sont intéressants du point du vue médical étant donné leur mode d’action qui vise directement les lipides des membranes. Plusieurs de ceux-ci agissent sur les membranes des bactéries selon le mécanisme dit « en tapis », par lequel ils s’adsorbent à leur surface, forment des pores et ultimement causent leur fragmentation. Dans cette thèse, la mélittine est utilisée comme peptide modèle afin d’étudier le mécanisme par lequel les peptides antimicrobiens cationiques fragmentent les membranes. Les résultats montrent que la fragmentation des membranes de phosphatidylcholines (PC) est réduite par une déméthylation graduelle de leur groupement ammonium. L'analyse du matériel fragmenté révèle que les PC sont préférentiellement extraites des membranes, dû à un enrichissement local en PC autour de la mélittine à l'intérieur de la membrane. De plus, un analogue de la mélittine, dont la majorité des résidus cationiques sont neutralisés, est utilisé pour évaluer le rôle du caractère cationique de la mélittine native. La neutralisation augmente l'affinité du peptide pour les membranes neutres et anioniques, réduit la fragmentation des membranes neutres et augmente la fragmentation des membranes anioniques. Malgré les interactions électrostatiques entre le peptide cationique et les lipides anioniques, aucune spécificité lipidique n'est observée dans l'extraction. La BSP1 est la protéine la plus abondante du liquide séminal bovin et constitue un autre exemple de PEL naturel important. Elle se mélange aux spermatozoïdes lors de l’éjaculation et extrait des lipides de leur membrane, notamment le cholestérol et les phosphatidylcholines. Cette étape cruciale modifie la composition lipidique de la membrane du spermatozoïde, ce qui faciliterait par la suite la fécondation de l’ovule. Cependant, le contact prolongé de la protéine avec les spermatozoïdes endommagerait la semence. Cette thèse cherche donc à approfondir notre compréhension de ce délicat phénomène en étudiant le mécanisme moléculaire par lequel la protéine fragmente les membranes lipidiques. Les résultats des présents travaux permettent de proposer un mécanisme d’extraction lipidique en 3 étapes : 1) L'association à l’interface des membranes; 2) La relocalisation de l’interface vers le cœur lipidique; 3) La fragmentation des membranes. La BSP1 se lie directement à deux PC à l'interface; une quantité suffisante de PC dans les membranes est nécessaire pour permettre l'association et la fragmentation. Cette liaison spécifique ne mène généralement pas à une extraction lipidique sélective. L'impact des insaturations des chaînes lipidiques, de la présence de lysophosphatidylcholines, de phosphatidyléthanolamine, de cholestérol et de lipides anioniques est également évalué. Les présentes observations soulignent la complexe relation entre l'affinité d'un PEL pour une membrane et le niveau de fragmentation qu'il induit. L'importance de la relocalisation des PEL de l'interface vers le cœur hydrophobe des membranes pour permettre leur fragmentation est réitérée. Cette fragmentation semble s'accompagner d'une extraction lipidique préférentielle seulement lorsqu'une séparation de phase est induite au niveau de la membrane, nonobstant les interactions spécifiques PEL-lipide. Les prévalences des structures amphiphiles chez certains PEL, ainsi que de la fragmentation en auto-assemblages discoïdaux sont discutées. Finalement, le rôle des interactions électrostatiques entre les peptides antimicrobiens cationiques et les membranes bactériennes anioniques est nuancé : les résidus chargés diminueraient l'association des peptides aux membranes neutres suite à l'augmentation de leur énergie de solvatation.

Electron acoustic soliton energy of the Kadomtsev-Petviashvili equation in the Earth’s magnetotail region at critical ion density

The nonlinear properties of small amplitude electron-acoustic solitary waves (EAWs) in a homogeneous system of unmagnetized collisionless plasma consisted of a cold electron fluid and isothermal ions with two different temperatures obeying Boltzmann type distributions have been investigated. A reductive perturbation method was employed to obtain the Kadomstev-Petviashvili (KP) equation. At the critical ion density, the KP equation is not appropriate for describing the system. Hence, a new set of stretched coordinates
is considered to derive the modified KP equation. Moreover, the solitary solution, soliton energy and the associated electric field at the critical ion density were computed. The present investigation can be of relevance to the electrostatic solitary structures observed in various space plasma environments, such as Earth’s magnetotail region.

Mechanochemical solvent-free synthesis of Sn-β Zeolite and Ag2O/TiO2 catalysts

Preparations of heterogeneous catalysts are usually complex processes that involve several procedures as precipitation, crystallization and hydrothermal treatments. This processes are really dependent by the operative conditions such as temperature, pH, concentration etc. Hence the resulting product is extremely affected by any possible variations in these parameters making this synthesis really fragile. With the aim to improve these operations has been decided to exploit a new possible strong environment-respectful process by mechanochemical treatment, which permits to carry out solvent free-solvent synthesis exploiting the Mixer Mill MM400 (Retsch) in order to have reproducible results. Two different systems have been studied in this kind of synthesis: a tin β -zeolite tested in a H-trasnfer reaction of cyclohexanone and a silver on titania catalyst used in the fluorination of 2,2 dimethyl glucaric acid. Each catalyst has been characterized by different techniques in order to understand the transformations involved in the mechanochemical treatment.

Topics in equilibrium and nonequilibrium thermodynamics: computing crystalline free energies and engineering Maxwell’s demon.

This dissertation covers two separate topics in statistical physics. The first part of the dissertation focuses on computational methods of obtaining the free energies (or partition functions) of crystalline solids. We describe a method to compute the Helmholtz free energy of a crystalline solid by direct evaluation of the partition function. In the many-dimensional conformation space of all possible arrangements of N particles inside a periodic box, the energy landscape consists of localized islands corresponding to different solid phases. Calculating the partition function for a specific phase involves integrating over the corresponding island. Introducing a natural order parameter that quantifies the net displacement of particles from lattices sites, we write the partition function in terms of a one-dimensional integral along the order parameter, and evaluate this integral using umbrella sampling. We validate the method by computing free energies of both face-centered cubic (FCC) and hexagonal close-packed (HCP) hard sphere crystals with a precision of $10^{-5}k_BT$ per particle. In developing the numerical method, we find several scaling properties of crystalline solids in the thermodynamic limit. Using these scaling properties, we derive an explicit asymptotic formula for the free energy per particle in the thermodynamic limit. In addition, we describe several changes of coordinates that can be used to separate internal degrees of freedom from external, translational degrees of freedom. The second part of the dissertation focuses on engineering idealized physical devices that work as Maxwell's demon. We describe two autonomous mechanical devices that extract energy from a single heat bath and convert it into work, while writing information onto memory registers. Additionally, both devices can operate as Landauer's eraser, namely they can erase information from a memory register, while energy is dissipated into the heat bath. The phase diagrams and the efficiencies of the two models are solved and analyzed. These two models provide concrete physical illustrations of the thermodynamic consequences of information processing.

A representation-free description of the Kasevich-Chu interferometer: a resolution of the redshift controversy

Motivated by a recent claim by Muller et al (2010 Nature 463 926-9) that an atom interferometer can serve as an atom clock to measure the gravitational redshift with an unprecedented accuracy, we provide a representation-free description of the Kasevich-Chu interferometer based on operator algebra. We use this framework to show that the operator product determining the number of atoms at the exit ports of the interferometer is a c-number phase factor whose phase is the sum of only two phases: one is due to the acceleration of the phases of the laser pulses and the other one is due to the acceleration of the atom. This formulation brings out most clearly that this interferometer is an accelerometer or a gravimeter. Moreover, we point out that in different representations of quantum mechanics such as the position or the momentum representation the phase shift appears as though it originates from different physical phenomena. Due to this representation dependence conclusions concerning an enhanced accuracy derived in a specific representation are unfounded.

Étude des mécanismes d’extraction lipidique par le peptide mélittine et la protéine BSP1

Les peptides et protéines extracteurs de lipides (PEL) se lient aux membranes lipidiques puis en extraient des lipides en formant de plus petits auto-assemblages, un phénomène qui peut aller jusqu'à la fragmentation des membranes. Dans la nature, cette extraction se produit sur une gamme de cellules et entraîne des conséquences variées, comme la modification de la composition de la membrane et la mort de la cellule. Cette thèse se penche sur l’extraction lipidique, ou fragmentation, induite par le peptide mélittine et la protéine Binder-of-SPerm 1 (BSP1) sur des membranes lipidiques modèles. Pour ce faire, des liposomes de différentes compositions sont préparés et incubés avec la mélittine ou la BSP1. L'association aux membranes est déterminée par la fluorescence intrinsèque des PEL, tandis que l'extraction est caractérisée par une plateforme analytique combinant des tests colorimétriques et des analyses en chromatographie en phase liquide et spectrométrie de masse (LCMS). La mélittine fait partie des peptides antimicrobiens cationiques, un groupe de PEL très répandu chez les organismes vivants. Ces peptides sont intéressants du point du vue médical étant donné leur mode d’action qui vise directement les lipides des membranes. Plusieurs de ceux-ci agissent sur les membranes des bactéries selon le mécanisme dit « en tapis », par lequel ils s’adsorbent à leur surface, forment des pores et ultimement causent leur fragmentation. Dans cette thèse, la mélittine est utilisée comme peptide modèle afin d’étudier le mécanisme par lequel les peptides antimicrobiens cationiques fragmentent les membranes. Les résultats montrent que la fragmentation des membranes de phosphatidylcholines (PC) est réduite par une déméthylation graduelle de leur groupement ammonium. L'analyse du matériel fragmenté révèle que les PC sont préférentiellement extraites des membranes, dû à un enrichissement local en PC autour de la mélittine à l'intérieur de la membrane. De plus, un analogue de la mélittine, dont la majorité des résidus cationiques sont neutralisés, est utilisé pour évaluer le rôle du caractère cationique de la mélittine native. La neutralisation augmente l'affinité du peptide pour les membranes neutres et anioniques, réduit la fragmentation des membranes neutres et augmente la fragmentation des membranes anioniques. Malgré les interactions électrostatiques entre le peptide cationique et les lipides anioniques, aucune spécificité lipidique n'est observée dans l'extraction. La BSP1 est la protéine la plus abondante du liquide séminal bovin et constitue un autre exemple de PEL naturel important. Elle se mélange aux spermatozoïdes lors de l’éjaculation et extrait des lipides de leur membrane, notamment le cholestérol et les phosphatidylcholines. Cette étape cruciale modifie la composition lipidique de la membrane du spermatozoïde, ce qui faciliterait par la suite la fécondation de l’ovule. Cependant, le contact prolongé de la protéine avec les spermatozoïdes endommagerait la semence. Cette thèse cherche donc à approfondir notre compréhension de ce délicat phénomène en étudiant le mécanisme moléculaire par lequel la protéine fragmente les membranes lipidiques. Les résultats des présents travaux permettent de proposer un mécanisme d’extraction lipidique en 3 étapes : 1) L'association à l’interface des membranes; 2) La relocalisation de l’interface vers le cœur lipidique; 3) La fragmentation des membranes. La BSP1 se lie directement à deux PC à l'interface; une quantité suffisante de PC dans les membranes est nécessaire pour permettre l'association et la fragmentation. Cette liaison spécifique ne mène généralement pas à une extraction lipidique sélective. L'impact des insaturations des chaînes lipidiques, de la présence de lysophosphatidylcholines, de phosphatidyléthanolamine, de cholestérol et de lipides anioniques est également évalué. Les présentes observations soulignent la complexe relation entre l'affinité d'un PEL pour une membrane et le niveau de fragmentation qu'il induit. L'importance de la relocalisation des PEL de l'interface vers le cœur hydrophobe des membranes pour permettre leur fragmentation est réitérée. Cette fragmentation semble s'accompagner d'une extraction lipidique préférentielle seulement lorsqu'une séparation de phase est induite au niveau de la membrane, nonobstant les interactions spécifiques PEL-lipide. Les prévalences des structures amphiphiles chez certains PEL, ainsi que de la fragmentation en auto-assemblages discoïdaux sont discutées. Finalement, le rôle des interactions électrostatiques entre les peptides antimicrobiens cationiques et les membranes bactériennes anioniques est nuancé : les résidus chargés diminueraient l'association des peptides aux membranes neutres suite à l'augmentation de leur énergie de solvatation.

A lower bound for the energy of symmetric matrices and graphs

The energy of a symmetric matrix is the sum of the absolute values of its eigenvalues. We introduce a lower bound for the energy of a symmetric partitioned matrix into blocks. This bound is related to the spectrum of its quotient matrix. Furthermore, we study necessary conditions for the equality. Applications to the energy of the generalized composition of a family of arbitrary graphs are obtained. A lower bound for the energy of a graph with a bridge is given. Some computational experiments are presented in order to show that, in some cases, the obtained lower bound is incomparable with the well known lower bound $2\sqrt{m}$, where $m$ is the number of edges of the graph.

SELECTED CHEMOAUTOTROPHIC PROCESSES IN WASTEWATER TREATMENT: LOW TEMPERATURE NITRIFICATION INHIBITION BY AN AZO DYE AND BIOFILTRATION FOR ODOR CONTROL OF HYDROGEN SULFIDE

Biochemical processes by chemoautotrophs such as nitrifiers and sulfide and iron oxidizers are used extensively in wastewater treatment. The research described in this dissertation involved the study of two selected biological processes utilized in wastewater treatment mediated by chemoautotrophic bacteria: nitrification (biological removal of ammonia and nitrogen) and hydrogen sulfide (H2S) removal from odorous air using biofiltration. A municipal wastewater treatment plant (WWTP) receiving industrial dyeing discharge containing the azo dye, acid black 1 (AB1) failed to meet discharge limits, especially during the winter. Dyeing discharge mixed with domestic sewage was fed to sequencing batch reactors at 22oC and 7oC. Complete nitrification failure occurred at 7oC with more rapid nitrification failure as the dye concentration increased; slight nitrification inhibition occurred at 22oC. Dye-bearing wastewater reduced chemical oxygen demand (COD) removal at 7oC and 22oC, increased i effluent total suspended solids (TSS) at 7oC, and reduced activated sludge quality at 7oC. Decreasing AB1 loading resulted in partial nitrification recovery. Eliminating the dye-bearing discharge to the full-scale WWTP led to improved performance bringing the WWTP into regulatory compliance. BiofilterTM, a dynamic model describing the biofiltration processes for hydrogen sulfide removal from odorous air emissions, was calibrated and validated using pilot- and full-scale biofilter data. In addition, the model predicted the trend of the measured data under field conditions of changing input concentration and low effluent concentrations. The model demonstrated that increasing gas residence time and temperature and decreasing influent concentration decreases effluent concentration. Model simulations also showed that longer residence times are required to treat loading spikes. BiofilterTM was also used in the preliminary design of a full-scale biofilter for the removal of H2S from odorous air. Model simulations illustrated that plots of effluent concentration as a function of residence time or bed area were useful to characterize and design biofilters. Also, decreasing temperature significantly increased the effluent concentration. Model simulations showed that at a given temperature, a biofilter cannot reduce H2S emissions below a minimum value, no matter how large the biofilter.

Apparent metabolizable energy of microalgae (Spirulina sp.) for broilers under different methodologies.

2016