Further investigation of the initial fission-track length and geometry factor in apatite fission-track thermochronology

The external detector method (EDM) is a widely used technique in fission track thermochronology (FTT) in which two different minerals are concomitantly employed: spontaneous tracks are observed in apatite and induced ones in the muscovite external detector. They show intrinsic differences in detection and etching properties that should be taken into account. In this work, new geometry factor values, g, in apatite, were obtained by directly measuring the ρed/ρis ratios and independently determined [GQR]ed/is values through the measurement of projected lengths. Five mounts, two of which were large area prismatic sections and three samples composed of random-orientation pieces have been used to determine the g-values. A side effect of applying EDM is that the value of the initial confined induced fission track, L0, is not measured in routine analyses. The L 0-value is an important parameter to quantify with good confidence the degree of annealing of the spontaneous fission tracks in unknown-age samples, and is essential for accurate thermal history modeling. The impact of using arbitrary L0-values on the inference of sample thermal history is investigated and discussed. The measurement of the L0-value for each sample to be dated using an extra irradiated apatite mount is proposed. This extra mount can be also used for determining the g value as an extension of the ρed/ρis ratio method. Eight apatite samples from crystalline basement, with grains at random orientation, were used to determine the g-values. The results found are statistically in agreement with the values found for apatite samples (from Durango, Mexico) measured in prismatic section and also measured at random orientation. There was no observable variation in efficiency regarding crystal orientation, showing that it is relatively safe using non-prismatic grains, especially in samples with paucity of grains, as it is the case of most basin samples. Implications for the ζ-calibration and for the calibration of the direct (spectrometer-based) fission-track dating are also discussed.

Evolution of the South Atlantic passive continental margin in southern Brazil derived from zircon and apatite (U-Th-Sm)/He and fission-track data

The area between São Paulo and Porto Alegre in southeastern Brazil plays a key area to understand and quantify the evolution of the South Atlantic passive continental margin (SAPCM) in Brazil. In this contribution, we present new thermochronological data attained by fission-track and (U-Th-Sm)/He analysis on apatites and zircons from metamorphic, sedimentary and intrusive rocks. The zircon fission-track ages range between 108.4 (15.0) and 539.9 (68.4). Ma, the zircon (U-Th-Sm)/He ages between 72.9 (5.8) and 525.1(2.4). Ma, whereas the apatite fission-track ages range between 40.0 (5.3) and 134.7 (8.0). Ma, and the apatite (U-Th-Sm)/He ages between 32.1 (1.5) and 93.0 (2.5). Ma. The spatial distribution of these ages shows three distinct blocks with a different evolution cut by old fracture zones. While the central block exhibits an old stable block, the Northern and especially the Southern block underwent complex post-rift exhumation. The sample of the Northern block shows two distinct cooling phases in the Upper Cretaceous and the Paleogene to Neogene. After sedimentation of the Permian sandstones the samples of the Central block were never heated up over 100. °C with a following moderate to fast cooling phase in Cretaceous to Eocene time and a fast cooling between Oligocene to Miocene. The five thermal models obtained in the Southern block indicate a complex evolution with three cooling phases. The exhumation events of the three blocks correspond with the Paraná-Etendekka event, the alkaline intrusions due to the Trinidad hotspot, and the evolution of the continental rift basins in SE Brazil and are, therefore, most likely to be the major force for the post-rift evolution of the passive continental margin in SE Brazil, which therefore corresponds to the three main phases of the Andean orogeny. © 2013 Elsevier B.V.

An automatic method for segmentation of fission tracks in epidote crystal photomicrographs

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

Raman Spectroscopy and Scanning Electron Microscopy Characterizations of Fission Track Method Datable Zircon Grains

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

A search for point sources of EeV neutrons

A thorough search of the sky exposed at the Pierre Auger Cosmic Ray Observatory reveals no statistically significant excess of events in any small solid angle that would be indicative of a flux of neutral particles from a discrete source. The search covers from -90 degrees to +15 degrees in declination using four different energy ranges above 1 EeV (10(18) eV). The method used in this search is more sensitive to neutrons than to photons. The upper limit on a neutron flux is derived for a dense grid of directions for each of the four energy ranges. These results constrain scenarios for the production of ultrahigh energy cosmic rays in the Galaxy.

Acute inhibition of excessive mitochondrial fission after myocardial infarction prevents long-term cardiac dysfunction

BACKGROUND: Ischemia and reperfusion (IR) injury remains a major cause of morbidity and mortality and multiple molecular and cellular pathways have been implicated in this injury. We determined whether acute inhibition of excessive mitochondrial fission at the onset of reperfusion improves mitochondrial dysfunction and cardiac contractility postmyocardial infarction in rats. METHODS AND RESULTS: We used a selective inhibitor of the fission machinery, P110, which we have recently designed. P110 treatment inhibited the interaction of fission proteins Fis1/Drp1, decreased mitochondrial fission, and improved bioenergetics in three different rat models of IR, including primary cardiomyocytes, ex vivo heart model, and an in vivo myocardial infarction model. Drp1 transiently bound to the mitochondria following IR injury and P110 treatment blocked this Drp1 mitochondrial association. Compared with control treatment, P110 (1 μmol/L) decreased infarct size by 28 ± 2% and increased adenosine triphosphate levels by 70+1% after IR relative to control IR in the ex vivo model. Intraperitoneal injection of P110 (0.5 mg/kg) at the onset of reperfusion in an in vivo model resulted in improved mitochondrial oxygen consumption by 68% when measured 3 weeks after ischemic injury, improved cardiac fractional shortening by 35%, reduced mitochondrial H2O2 uncoupling state by 70%, and improved overall mitochondrial functions. CONCLUSIONS: Together, we show that excessive mitochondrial fission at reperfusion contributes to long-term cardiac dysfunction in rats and that acute inhibition of excessive mitochondrial fission at the onset of reperfusion is sufficient to result in long-term benefits as evidenced by inhibiting cardiac dysfunction 3 weeks after acute myocardial infarction.

Bestimmung des elektrischen Formfaktors des Neutrons G en in der Reaktion 3 He (e,e'n) bei einem Impulsübertrag Q 2 =0.67 (GeV/c) 2

In der Überprüfung von Kernmodellen stellt der elektrische Formfaktor des Neutrons Gen eine wichtige Eingangsgröße dar. Im Rahmen dieser Arbeit wurde am polarisierten Elektronenstrahl des Mainzer Mikrotrons MAMI der elektrische Formfaktor des Neutrons in der Reaktion 3He(e,e'n) bestimmt. Aus dem Verhältnis der Asymmetrien respektive der Helizitätsumkehr der Elektronenpolarisation mit Targetspin senkrecht und parallel zum Impulsübertrag konnte in einer integralen Analyse Gen bestimmt werden. Zusammengefasst ergab sich Gen(Q2=0.67 (GeV/c)2) = 0.0468 +- 0.0064(stat} +- 0.0027(syst}. Um den Einfluß von Kernbindungseffekten, die z. Zt. von der Gruppe um Prof. Glöckle in Bochum theoretisch gerechnet werden, auch experimentell abzusichern, wurden parallel zur Gen-Messung die Targetasymmetrie Ay0 3He(e,e'n) und Protonenasymmetrie 3He(e,e'p) bestimmt. Die Empfindlichkeit dieser Observablen auf FSI und D-Wellenbeiträge schafft Redundanzen, aus denen auf die Eigenschaften des freien Neutrons im gebundenen System geschlossen werden kann.

Aufbau und Inbetriebnahme eines hochsensitiven 3-He-Magnetometers für ein zukünftiges Experiment zur Bestimmung eines elektrischen Dipolmoments des freien Neutrons

Die Messung eines möglichen elektrischen Dipolmoments des freien Neutrons erfordert genaustmögliche Kenntnis und Überwachung des magnetischen Feldes im Inneren der n2EDM-Spektrometerkammer. Die freie Spinpräzession von hyperpolarisiertem ³He kann verbunden mit einer Signalauslese mittels optisch gepumpter Cs-Magnetometer dazu genutzt werden, Messempfindlichkeit auf Magnetfeldschwankungen im Bereich weniger Femto-Tesla zu erhalten. Am Institut für Physik der Universität Mainz wurde eine ³He/Cs-Testanlage aufgebaut, um die Möglichkeiten der Signalauslese der ³He-Spinpräzession mittels eines lampengepumpten Cs-Magnetometers zu untersuchen. Darüber hinaus wurde eine ultrakompakte und transportable Polarisationseinheit entwickelt und installiert, welche ermöglicht, eine ³He-Hyperpolarisation von bis zu 55 Prozent zu erreichen. Im Anschluss wird das polarisierte 3He-Gas automatisiert komprimiert und in zwei Magnetometerzellen in Sandwichanordnung innerhalb der n2EDM-Spektrometerkammer gefüllt. In dieser Arbeit werden die Ergebnisse der ersten im Januar 2012 erfolgreich durchgeführten Messungen vorgestellt. Bei diesen Messungen wurde ³He-Gas in der ultrakompakten Polarisationseinheit hyperpolarisiert und über Führungsfelder eines Transfersystems in eine vierlagige Mumetall-Abschirmung transferiert. Im Anschluss konnte im Inneren der magnetischen Abschirmung die freie ³He-Spinpräzession mittels eines lampengepumpten Cs-Magnetometer eindeutig nachgewiesen werden.

Konzeption, Entwicklung und Test einer Apparatur zur Messung der elektrischen Ladung des Neutrons

Die elektrische Ladung des Neutrons ist eng mit der Frage nach der Existenz der Ladungsquantisierung verknüpft: Sollte das Neutron eine Ladung tragen, kann die Ladung nicht in Einheiten der Elementarladung e quantisiert sein.rnrnIm Rahmen der Elektrodynamik und des minimalen Standardmodells ist die Quantisierung der Ladung nicht enthalten. Eine mögliche Neutronenladung würde ihnen also nicht widersprechen. Allerdings geht sie aus den Weiterentwicklungen dieser Modelle hervor. Die sogenannten Grand Unified Theories sagen die Möglichkeit des Protonenzerfalls vorher. Dieser ist nur möglich, wenn die Ladung quantisiert ist.rnrnDurch die Messung einer elektrischen Ladung des Neutrons können die verschiedenen Theorien überprüft werden.rnrnIm Rahmen dieser Arbeit wurde eine Apparatur entwickelt, mit der die elektrische Ladung des Neutrons gemessen werden kann. Als Grundlage diente das Prinzip einer Messung von 1988. Mit einem flüssigen Neutronenspiegel aus Fomblin ist es zum ersten mal überhaupt gelungen, einen flüssigen Spiegel für Neutronen einzusetzen. Durch diese und andere Verbesserungen konnte die Sensitivität der Apparatur um einen Faktor 5 im Vergleich zum Experimentrnvon 1988 verbessert werden. Eine mögliche Ladung des Neutrons kann mit δq_n = 2,15·10^(−20)·e/√day gemessen werden. rnrnDie Messung der elektrischen Ladung soll im Winter 2014 durchgeführt werden. Bis dahin soll die Präzision aufrnδq_n = 1,4·10^(−21)·e/√day erhöht werden.

Untersuchung der Ladung des Neutrons

Die Quantisierung der elektrischen Ladung ist eine der größten Fragestellungen der Physik, die bis heute nicht verstanden ist. Im Standardmodell der Teilchenphysik ist sie beispielsweise nicht mathematisch inhärent erklärbar. Dadurch wäre es möglich, dass das Neutron eine winzige Ladung tragen kann. In dieser Arbeit wurde eine Apparatur auf Grundlage eines Vorgängerexperiments entwickelt, mit der eine Untersuchung der Ladung des Neutrons mit höchster Präzision durchgeführt werden kann. Dabei werden ultrakalte Neutronen in einem optischen System einem elektrischen Feld zwischen zwei Elektrodenplatten ausgesetzt. In der ersten Ladungsmessung mit dieser Apparatur konnte eine statistische Sensitivität von δq≈2,4∙10⁻²⁰ e/√d erreicht werden. Diese Sensitivität ist die höchste, die bisher mit ultrakalten Neutronen für eine Ladungsmessung erreicht werden konnte. In dieser Arbeit wurde das Konzept des Vorgängerexperiments grundlegend überarbeitet, um die Sensitivität der Apparatur zu erhöhen. Es wurden detaillierte Untersuchungen der Systematik der Apparatur durchgeführt und das theoretische Potential der Sensitivität von derzeit δq≈10⁻²¹ e/√d ermittelt. Mit dieser Apparatur wurde der Grundstein für die Messung einer neuen niedrigeren oberen Grenze der elektrischen Ladung des Neutrons gelegt. In nächster Zeit kann dadurch eine niedrigere obere Grenze für die Ladung des Neutrons von q≈10⁻²² e erzielt werden.

Low-temperature evolution of the Morondava rift basin shoulder in western Madagascar: An apatite fission track study

[1] The evolution of the rift shoulder and the sedimentary sequence of the Morondava basin in western Madagascar was mainly influenced by a Permo-Triassic continental failed rift (Karroo rift), and the early Jurassic separation of Madagascar from Africa. Karroo deposits are restricted to a narrow corridor along the basement-basin contact and parts of this contact feature a steep escarpment. Here, apatite fission track (AFT) analysis of a series of both basement and sediment samples across the escarpment reveals the low-temperature evolution of the exhuming Precambrian basement in the rift basin shoulder and the associated thermal evolution of the sedimentary succession. Seven basement and four Karroo sediment samples yield apparent AFT ages between ∼330 and ∼215 Ma and ∼260 and ∼95 Ma, respectively. Partially annealed fission tracks and thermal modeling indicate post-depositional thermal overprinting of both basement and Karroo sediment. Rocks presently exposed in the rift shoulder indicate temperatures of >60°C associated with this reheating whereby the westernmost sample in the sedimentary plain experienced almost complete resetting of the detrital apatite grains at temperatures of about ∼90–100°C. The younging of AFT ages westward indicates activity of faults, re-activating inherited Precambrian structures during Karroo sedimentation. Furthermore, our data suggest onset of final cooling/exhumation linked to (1) the end of Madagascar's drift southward relative to Africa during the Early Cretaceous, (2) activity of the Marion hot spot and associated Late Cretaceous break-up between Madagascar and India, and (3) the collision of India with Eurasia and subsequent re-organization of spreading systems in the Indian Ocean.