Teaching fundamentals of computing theory: a constructivist approach

A Fundamentals of Computing Theory course involves different topics that are core to the Computer Science curricula and whose level of abstraction makes them difficult both to teach and to learn. Such difficulty stems from the complexity of the abstract notions involved and the required mathematical background. Surveys conducted among our students showed that many of them were applying some theoretical concepts mechanically rather than developing significant learning. This paper shows a number of didactic strategies that we introduced in the Fundamentals of Computing Theory curricula to cope with the above problem. The proposed strategies were based on a stronger use of technology and a constructivist approach. The final goal was to promote more significant learning of the course topics.

String theory dualities and supergravity divergences

We demonstrate how duality invariance of the low energy expansion of the four-supergraviton amplitude in type II string theory determines the precise coefficients of multiloop logarithmic ultraviolet divergences of maximal supergravity in various dimensions. This is illustrated by the explicit moduli-dependence of terms of the form ¿2k R4, with k ¿ 3, in the effective action. Furthermore, we show that in the supergravity limit the perturbative contributions are swamped by an accumulation of non-perturbative effects of zero-action instantons.

Application of Information Statistical Theory to the Description of the Effect of Heat Conduction on the Chemical Reaction Rate in Gases

The effect of the heat flux on the rate of chemical reaction in dilute gases is shown to be important for reactions characterized by high activation energies and in the presence of very large temperature gradients. This effect, obtained from the second-order terms in the distribution function (similar to those obtained in the Burnett approximation to the solution of the Boltzmann equation), is derived on the basis of information theory. It is shown that the analytical results describing the effect are simpler if the kinetic definition for the nonequilibrium temperature is introduced than if the thermodynamic definition is introduced. The numerical results are nearly the same for both definitions

Dynamic and quasistatic trajectories in quasifission reactions and particle emission

We show that the quasifission paths predicted by the one-body dissipation dynamics, in the slowest phase of a binary reaction, follow a quasistatic path, which represents a sequence of states of thermal equilibrium at a fixed value of the deformation coordinate. This establishes the use of the statistical particle-evaporation model in the case of dynamical time-evolving systems. Pre- and post-scission multiplicities of neutrons and total multiplicities of protons and α particles in fission reactions of 63Cu+92Mo, 60Ni+100Mo, 63Cu+100Mo at 10 MeV/u and 20Ne+144,148,154Sm at 20 MeV/u are reproduced reasonably well with statistical model calculations performed along dynamic trajectories whose slow stage (from the most compact configuration up to the point where the neck starts to develop) lasts some 35×10−21 s.

Commentary on "The Cognitive-Emotional Brain: From Interactions to Integration" by Luiz Pessoa - "On theory integration: Toward developing affective components within cognitive architectures"

In The Cognitive-Emotional Brain, Pessoa (2013) suggests that cognition and emotion should not be considered separately. We agree with this and argue that cognitive architectures can provide steady ground for this kind of theory integration and for investigating interactions among underlying cognitive processes. We briefly explore how affective components can be implemented and how neuroimaging measures can help validate models and influence theory development.

STYREENI-BUTADIEENILATEKSIN VALMISTUS EMULSIOPOLYMEROIN-NILLA JA LATEKSIN VISKOSITEETTIIN VAIKUTTAVAT TEKIJÄT.

Työn tavoitteina oli kirjallisuusosassa selvittää emulsiopolymeroinnin perusperiaatteet ja lateksien viskositeettiin vaikuttavat tekijät. Kokeellisessa osassa selvitettiin eräiden kaupallisten lateksien viskositeettiin vaikuttavia tekijöitä. Tutkittujen kaupallisten lateksien viskositeettien riippuvuudelle kuiva-ainepitoisuudesta saatiin tulokset, jotka ovat melko hyvin yhtäpitäviä kirjallisuudesta saatujen tulosten kanssa. Tutkitut lateksit erosivat lähinnä maksimaalisen polymeeripartikkelin tilavuusosuuden kohdalla kirjallisuudesta saaduista arvoista. Tämän todettiin johtuvan sähköisen kaksoiskerroksen ja partikkelin pintaan kiinnittyneiden ryhmien vaikutuksesta. Tämä tulos varmentui elektrolyyttipitoisuuden vaikutusta selvitettäessä. Elektrolyyttilisäys laski lateksien viskositeetteja ja pienensi lateksien välisiä viskositeettieroja. Lateksin pH:n nostolla oli selvästi viskositeettia kasvattava vaikutus. Tämä johtuu osaltaan myös sähköisen kaksoiskerroksen kasvamisesta happoryhmien ionisoituessa. Latekseja toisiinsa verrattaessa havaittiin selkeästi karboksyylihapon ja initiaattorista peräisin olevien happoryhmien määrän vaikutus lateksin viskositeetin muutokselle. Paljon karboksyylihappoa ja initiaattoria sisältävien lateksien viskositeetti muuttui selvästi voimakkaammin pH:n muuttuessa. Latekseissa havaittiin myös ero heikkojen karboksyylihapporyhmien ja vahvojen initiaattorista peräisin olevien happoryhmien ionisoitumisen välillä. Vahvat happoryhmät ionisoituivat matalammassa pH:ssa kuin vahvat ja nostavat näin myös viskositeettia matalammassa pH:ssa kuin karboksyylihapporyhmät. Anionisen emulgaattorin lisäyksellä ei havaittu olevan kovinkaan suurta vaikutusta viskositeettiin. Partikkelikoon vaikutusta voitiin tutkia ainoastaan prosessista saadun mittausaineiston avulla. Partikkelikoon vaikutukset peittyivät suurelta osin muiden tekijöiden alle. Ainoastaan yhdelle lateksityypille saatiin selkeä riippuvuus partikkelikoon ja viskositeetin välille. Riippuvuus noudattaa kirjallisuudesta saatuja tietoja eli partikkelikoon kasvaessa viskositeetti laskee. Myös lateksin viskositeetin riippuvuus käytetystä leikkaus-nopeudesta noudattaa hyvin kirjallisuudesta saatuja tuloksia. Lateksin viskositeetti laskee leikkausnopeuden kasvaessa.

Impact of open-ocean convection on particle fluxes and sediment dynamics in the deep margin of the Gulf of Lions.

Abstract. The deep outer margin of the Gulf of Lions and the adjacent basin, in the western Mediterranean Sea, are regularly impacted by open-ocean convection, a major hydrodynamic event responsible for the ventilation of the deep water in the western Mediterranean Basin. However, the impact of open-ocean convection on the flux and transport of particulate matter remains poorly understood. The variability of water mass properties (i.e., temperature and salinity), currents, and particle fluxes were monitored between September 2007 and April 2009 at five instrumented mooring lines deployed between 2050 and 2350-m depth in the deepest continental margin and adjacent basin. Four of the lines followed a NW-SE transect, while the fifth one was located on a sediment wave field to the west. The results of the main, central line SC2350 ("LION") located at 42 02.50 N, 4 410 E, at 2350-m depth, show that open-ocean convection reached midwater depth ( 1000-m depth) during winter 2007-2008, and reached the seabed ( 2350-m depth) during winter 2008-2009. Horizontal currents were unusually strong with speeds up to 39 cm s−1 during winter 2008-2009. The measurements at all 5 different locations indicate that mid-depth and near-bottom currents and particle fluxes gave relatively consistent values of similar magnitude across the study area except during winter 2008-2009, when near-bottom fluxes abruptly increased by one to two orders of magnitude. Particulate organic carbon contents, which generally vary between 3 and 5 %, were abnormally low ( 1 %) during winter 2008-2009 and approached those observed in surface sediments (0.6 %). Turbidity profiles made in the region demonstrated the existence of a bottom nepheloid layer, several hundred meters thick, and related to the resuspension of bottom sediments. These observations support the view that open-ocean deep convection events in the Gulf of Lions can cause significant remobilization of sediments in the deep outer margin and the basin, with a subsequent alteration of the seabed likely impacting the functioning of the deep-sea ecosystem.

Friedman's Excess energy and the McMillan-Mayer theory of solutions:Thermodynamics

In his version of the theory of multicomponent systems, Friedman used the analogy which exists between the virial expansion for the osmotic pressure obtained from the McMillan-Mayer (MM) theory of solutions in the grand canonical ensemble and the virial expansion for the pressure of a real gas. For the calculation of the thermodynamic properties of the solution, Friedman proposed a definition for the"excess free energy" that is a reminder of the ancient idea for the"osmotic work". However, the precise meaning to be attached to his free energy is, within other reasons, not well defined because in osmotic equilibrium the solution is not a closed system and for a given process the total amount of solvent in the solution varies. In this paper, an analysis based on thermodynamics is presented in order to obtain the exact and precise definition for Friedman"s excess free energy and its use in the comparison with the experimental data.

Particle Size Analysis of Pharmaceutical Powders by Laser Diffraction

Raaka-aineen hiukkaskoko on lääkekehityksessä keskeinen materiaaliparametri. Lääkeaineen partikkelikoko vaikuttaa moneen lääketuotteen tärkeään ominaisuuteen, esimerkiksi lääkkeen biologiseen hyväksikäytettävyyteen. Tässä diplomityössä keskityttiin jauhemaisten lääkeaineiden hiukkaskoon määrittämiseen laserdiffraktiomenetelmällä. Menetelmä perustuu siihen, että partikkeleista sironneen valon intensiteetin sirontakulmajakauma on riippuvainen partikkelien kokojakaumasta. Työn kirjallisuusosassa esiteltiin laserdiffraktiomenetelmän teoriaa. PIDS (Polarization Intensity Differential Scattering) tekniikka, jota voidaan käyttää laserdiffraktion yhteydessä, on myös kuvattu kirjallisuusosassa. Muihin menetelmiin perustuvista analyysimenetelmistä tutustuttiin mikroskopiaan sekä aerodynaamisen lentoajan määrittämiseen perustuvaan menetelmään. Kirjallisuusosassa esiteltiin myös partikkelikoon yleisimpiä esitystapoja. Työn kokeellisen osan tarkoituksena oli kehittää ja validoida laserdiffraktioon perustuva partikkelikoon määritysmenetelmä tietylle lääkeaineelle. Menetelmäkehitys tehtiin käyttäen Beckman Coulter LS 13 320 laserdiffraktoria. Laite mahdollistaa PIDS-tekniikan käytön laserdiffraktiotekniikan ohella. Menetelmäkehitys aloitettiin arvioimalla, että kyseinen lääkeaine soveltuu parhaiten määritettäväksi nesteeseen dispergoituna. Liukoisuuden perusteella väliaineeksi valittiin tällä lääkeaineella kyllästetty vesiliuos. Dispergointiaineen sekä ultraäänihauteen käyttö havaittiin tarpeelliseksi dispergoidessa kyseistä lääkeainetta kylläiseen vesiliuokseen. Lopuksi sekoitusnopeus näytteensyöttöyksikössä säädettiin sopivaksi. Validointivaiheessa kehitetyn menetelmän todettiin soveltuvan hyvin kyseiselle lääkeaineelle ja tulosten todettiin olevan oikeellisia sekä toistettavia. Menetelmä ei myöskään ollut herkkä pienille häiriöille.

Nuclear surface properties in relativistic effective field theory

We perform Hartree calculations of symmetric and asymmetric semi-infinite nuclear matter in the framework of relativistic models based on effective hadronic field theories as recently proposed in the literature. In addition to the conventional cubic and quartic scalar self-interactions, the extended models incorporate a quartic vector self-interaction, scalar-vector non-linearities and tensor couplings of the vector mesons. We investigate the implications of these terms on nuclear surface properties such as the surface energy coefficient, surface thickness, surface stiffness coefficient, neutron skin thickness and the spin-orbit force.

From caging to rouse dynamics in polymer melts with intramolecular barriers: a critical test of the mode coupling theory

By means of computer simulations and solution of the equations of the mode coupling theory (MCT),we investigate the role of the intramolecular barriers on several dynamic aspects of nonentangled polymers. The investigated dynamic range extends from the caging regime characteristic of glass-formers to the relaxation of the chain Rouse modes. We review our recent work on this question,provide new results, and critically discuss the limitations of the theory. Solutions of the MCT for the structural relaxation reproduce qualitative trends of simulations for weak and moderate barriers. However, a progressive discrepancy is revealed as the limit of stiff chains is approached. This dis-agreement does not seem related with dynamic heterogeneities, which indeed are not enhanced by increasing barrier strength. It is not connected either with the breakdown of the convolution approximation for three-point static correlations, which retains its validity for stiff chains. These findings suggest the need of an improvement of the MCT equations for polymer melts. Concerning the relaxation of the chain degrees of freedom, MCT provides a microscopic basis for time scales from chain reorientation down to the caging regime. It rationalizes, from first principles, the observed deviations from the Rouse model on increasing the barrier strength. These include anomalous scaling of relaxation times, long-time plateaux, and nonmonotonous wavelength dependence of the mode correlators.

Suomalaisen kotikeräyspaperin siistattavuus

Tämän diplomityön tavoitteena oli kartoittaa kotikeräyspaperin lajijakautumisesta ja eri jakeiden ikääntymiskäyttäytymisestä johtuvien siistausongelmien syyt sekä tutkia tulevaisuuden painotekniikan kehitystrendien asettamia vaatimuksia siistauslaitosten kannalta. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin siistauksen sekä erilaisten painatustekniikoiden teoriaa. Lisäksi siinä tarkasteltiin erilaisia siistattavuuteen vaikuttavia tekijöitä. Kirjallisuusosassa luotiin katsaus viimeaikaisiin painatuksen kehityksiin Suomessa sekä kartoitettiin painatuksen lähitulevaisuutta. Myös tulevaisuuden näkymiä siistauslaitosten kannalta tarkasteltiin. Kokeellisessa osassa tutkittiin suomalaisen kotikeräyspaperin siistattavuusominaisuuksia pian painamisen jälkeen sekä kolmen ja kuuden kuukauden vanhentamisen kuluttua. Esitutkimusten perusteella siistattaviksi valittiin useita coldset offset painettuja sanomalehtiä, sekä kaksi syväpainettua ja yksi heatset offset painettu aikakauslehti. Kyseisten painotuotteiden siistattavuus-ominaisuuksia tarkasteltiin laboratoriomittakaavaisissa pulpperoinneissa sekä osin flotatoinneissa. Erilaisten painotuotteiden siistattavuutta tarkasteltiin ISO-vaaleus-, k700nm-arvo-, ERIC-arvo-, CIE L*a*b*- ja lika- ja painoväripilkkumittausten avulla. Tutkittujen painotuotteiden kierrätysominaisuudet vaihtelivat niin tuoreena kuin vanhennettunakin helposti siistattavista jo tuoreena vaikeasti siistattavaan. Hyvän tuloksen koko vanhentamisen keston ajan antoivat suomalaiset aikakauslehdet sekä osa sanomalehdistä. Laboratoriotutkimuksissa havaittiin että painotalojen käyttämien painovärien, erityisesti värillisten painovärien, valinnalla on suuri vaikutus valmiin painotuotteen uusiokäyttöön. Tämän diplomityön antamien tulosten perusteella voidaan sanoa, että kotimaisen keräyspaperin viimeaikaiseen siistattavuuden heikkenemiseen on vaikuttanut eniten coldset offset painotuotteiden suuresti lisääntynyt väripainatuksen määrä.

Uusien ympäristölupien ja ympäristölainsäädännön muutosten vaikutukset savukaasunpuhdistuslaitekantaan

Työn tarkoituksena oli selvittää Alstom Finland Oy:n pääasiakkaiden ympäristö-lupatilanne sekä tarkastella, miten Alstomin toimittamat hiukkastenpuhdistuslait-teet täyttävät muuttavat lainsäädännön vaatimukset. Lisäksi työssä arvioitiin lai-tosten hiukkaspäästöjen vähentämisestä syntyvää savukaasunpuhdistuslaitteiden investointitarvetta. Työn teoriaosuus sisältää katsauksen ympäristölupakäytäntöön sekä Valtioneu-voston asetuksiin, jotka koskevat laitosten hiukkaspäästöjä. Lisäksi työssä on kä-sitelty parhaan käytettävissä olevan tekniikan mukaisia hiukkaspäästörajoja ja tekniikoita sekä hiukkasten muodostumista että raskasmetallien sitoutumista hiukkasiin. Kaikkiaan työssä mukana olevia laitoksia oli 49, joista tarkemmin tarkasteltiin 12 laitosta. Suurin osa laitoksista ei ollut saanut tai hakenut ympäristönsuojelulain mukaista ympäristölupaa, joten niillä on velvollisuus hakea lupaa siirtymäsään-nöksen mukaisesti vuoden 2004 loppuun mennessä. Tarkemmassa tarkastelussa olevien laitosten hiukkaspäästömittaustuloksia vertailtiin nykyisiin sekä uu-siin/oletettuihin ympäristölupien hiukkaspäästörajoihin. Tarkastelussa mukana olevasta seitsemästä soodakattilalaitoksesta, joilla ei vielä ollut uutta ympäristölu-paa, 43 % ylitti arvioidun uuden luparajan 50 mg/m3(n):ssa ja kolmesta meesauu-nia käyttävästä laitoksesta yksi sekä viidestä muusta kattilasta kaksi.