22455 research outputs found
Sort by
Analysis of new cryogenic detectors with light nuclei to extend the CRESST dark matter sensitivity
Get PDFSeit Jahrzehnten sieht sich die wissenschaftliche Gemeinschaft mit mehreren astronomischen Beobachtungen konfrontiert, die auf die Existenz einer unbekannten, nicht leuchtenden Materie hinweisen, die heute als dunkle Materie bezeichnet wird. Es wurden mehrere Theorien über die Natur dieser neuen Materie aufgestellt. Die Theorie, die in der wissenschaftlichen Gemeinschaft die größte Akzeptanz genießt, ist die Teilchentheorie, bei der angenommen wird, dass die dunkle Materie aus einem oder mehreren Teilchen besteht, die im Standardmodell nicht vorgesehen sind. Es wurden mehrere Kandidaten vorhergesagt, die ein breites Spektrum an Massen und Wechselwirkungen mit den Teilchen des Standardmodells abdecken. Daher werden die experimentellen Bemühungen zur Untersuchung jedes möglichen Kandidaten auf zahlreiche Experimente mit unterschiedlichen Nachweisansätzen verteilt. Kryogenexperimente spielen eine wesentliche Rolle bei der Untersuchung potenzieller Teilchen der dunklen Materie mit Massen unterhalb des GeV-Bereichs. Ihr typischer Nachweisansatz besteht darin, die elastische kohärente Streuung eines Teilchens aus dunkler Materie an einem Zielkern mit Hilfe von extrem empfindlichen Kalorimetern zu identifizieren. Eines dieser Experimente ist das CRESST-Experiment, bei dem die von potenziellen Teilchen der dunklen Materie deponierte Energie als Temperaturanstieg in einem Zielkristall mit supraleitenden Phasenübergangsthermometern (Transition Edge Sensors - TES) gemessen wird. Die bemerkenswert niedrigen Energieschwellen, die mit diesen Sensoren erreicht werden, haben die Empfindlichkeit von CRESST für dunkle Materie im Sub-GeV-Bereich an vorderster Front etabliert. Einer der Vorteile von kryogenen Kalorimetern ist die Möglichkeit, verschiedene Materialien als Absorber zu verwenden. Wenn man die Sensitivität für noch niedrigere Massen dunkler Materie anstrebt, sind daher Zielkristalle mit leichten Kernen die beste Wahl, da sie kinematisch bevorzugt sind, die Streuung von Teilchen mit geringer Masse zu untersuchen. In dieser Arbeit wird zunächst eine kurze Einführung in die Dunkle Materie und ihren Nachweis in Kapitel 1 und 2 gegeben, gefolgt von einer Darstellung des CRESST-Experiments in Kapitel 3 und seiner Analysemethoden in Kapitel 4. Nach dieser Einführung wird die Verwendung von zwei leichten Elementen in kryogenen Kalorimetern untersucht: Lithium und Kohlenstoff. In Kapitel 5 wird die erste unterirdische Messung eines Kristalls auf Lithiumbasis, in Form von Lithiumaluminat, vorgestellt. Lithium ist das leichteste Element, das in die für die CRESST-Technologie erforderliche kristalline Struktur eingebettet werden kann. In Verbindung mit einer niedrigen Energieschwelle haben solche Kristalle daher das Potenzial, bei der Suche nach leichter dunkler Materie höchste Empfindlichkeit zu bieten. Dank des Kerndrehimpulses im Grundzustand, der von 0 verschieden ist, können nicht nur die typischen spinunabhängigen Wechselwirkungen untersucht werden, sondern auch spinabhängige. Das Potenzial dieses Materials wird in dieser Arbeit bestätigt, indem die weltweit führenden oberen Grenzwerte für den spinabhängigen Dunkle-Materie-Nukleon-Wirkungsquerschnitt durch elastische Streuung, die mit einem Lithiumaluminat-Kristall erzielt werden konnten, vorgestellt werden. In Kapitel 6 wird eine Messung mit Diamantkristallen vorgestellt, die die erste Verwendung dieses Materials als kryogenes Kalorimeter für die Suche nach dunkler Materie darstellt. Heutzutage besteht ein großes Interesse an diesem Material in kryogenen Experimenten, nicht nur wegen seines leichten Kerns, sondern auch, weil es die notwendigen Eigenschaften aufweist, um beispiellose Energieschwellen zu erreichen. In dieser Arbeit wird gezeigt, wie mit einer Proof-of-Principle-Messung die vorhergesagten niedrigen Energieschwellen erreicht wurden und konkurrenzfähige obere Grenzen für den spinunabhängigen Dunkle-Materie-Nukleon-Wirkungsquerschnitt der elastischen Streuung gesetzt werden konnten. Die möglichen weiteren Verbesserungen für eine vollständige Nutzbarmaching der beiden vorgestellten innovativen Materialien werden ebenfalls kurz skizziert.For decades, the scientific community has been faced with several astronomical observations pointing to the existence of an unknown non-luminous matter, now referred to as dark matter. Several theories have been advanced regarding the nature of such a type of new matter. The theory that holds the highest acceptance within the scientific community lies in the particle framework, where dark matter is hypothesized to be composed of one or more particles not foreseen in the standard model. Multiple candidates have been predicted which cover a broad range of masses and interaction types with the standard model particles. Therefore, the experimental effort to investigate each possible candidate is shared between numerous experiments adopting different detection approaches. Cryogenic experiments have engaged an essential role in probing potential dark matter particles with sub-GeV masses. Their typical detection approach is to identify the elastic coherent scattering of a dark matter particle off a target nucleus by means of extremely sensitive calorimeters. One of these is the CRESST experiment, which measures the energy deposit generated by potential dark matter particles as a temperature rise in a target crystal with superconducting thermometers, called transition edge sensors (TES). The remarkably low energy thresholds achieved with these sensors have established the sensitivity of CRESST to sub-GeV dark matter at the forefront. One of the advantages of cryogenic calorimeters is the possibility to employ different materials as absorbers. Therefore, when aiming at sensitivity to low dark matter masses, targets with light nuclei represent the best choice, as they are kinematically favored. In this thesis, a brief introduction to dark matter and its detection is outlined in chapters 1 and 2, followed by a presentation of the CRESST experiment in chapter 3 and its analysis chain in chapter 4. After this introduction, this thesis explores the use of two light elements in cryogenic calorimeters: lithium and carbon. Chapter 5, presents the first underground measurement of a lithium-based crystal, in the form of lithium aluminate. Lithium is the lightest element that can be embedded in the crystalline structure the CRESST technology requires. Therefore, combined with a low energy threshold, such crystals have the potential to provide ultimate sensitivity to light dark matter searches. Thanks to its nuclear ground state angular momentum that is different from 0, not only the typical spin-independent interactions can be probed, but also spin-dependent ones. The potential of lithium is confirmed in this thesis by presenting the world-leading upper limits on the elastic scattering spin-dependent dark matter-nucleon cross-section that could be achieved with a lithium aluminate crystal. In chapter 6, a measurement employing diamond crystals is presented, which represents the first use of this material as a cryogenic calorimeter for a dark matter search. Nowadays, there is a widespread interest in this material within cryogenic experiments, not only because of its light nucleus but also because it features the necessary characteristics to achieve unparalleled energy thresholds. In this work, it is shown how, with a proof-of-principle measurement, the predicted low energy thresholds were achieved and competitive upper limits on the elastic scattering spin-independent dark matter-nucleon cross-section could be set. The possible further improvements for a full exploitation of the two innovative materials presented are also briefly outlined
Different aspects of endosaccular flow disruption in endovascular treatment of intracranial aneurysms
Get PDFVergleich von Effektivität, Nebenwirkungslast und Sicherheit der systemischen Therapie bei Patienten mit Urogenitalkarzinomen unter und über dem vollendeten 75. Lebensjahr
Get PDF
Perfectionism as a transdiagnostic process in psychopathology
Get PDFThe transdiagnostic perspective on psychopathology promises to overcome short-comings of a strictly disorder-focused approach to research and treatment. Recent years have seen efforts to identify processes which may be implicated in the development and maintenance of several different disorders, in an attempt to streamline progress within clinical psychology: so-called transdiagnostic processes. One such potential transdiagnostic process may be perfectionism, as it has been related to a wide range of psychological symptoms in cross-sectional, longitudinal, and few experimental studies, as well as in treatment studies. Although a considerable body of research builds on the assumption of perfectionism as a transdiagnostic process, studies investigating temporal relations in several different disorders are scarce and inconsistent, leaving the question of causality unanswered. What remains unclear is whether perfectionism temporally precedes symptoms of several disorders at once, how its impact on psychological treatments may be characterized, and how perfectionism may lead to differing specific disorders in different individuals. To tackle these outstanding questions, the present thesis is the first to apply a transdiagnostic heuristic as proposed by Nolen-Hoeksema and Watkins (2011) to perfectionism. Thus, both multifinality (i.e., does perfectionism lead to a general risk of psychopathology) and divergent trajectories (i.e., what determines the resulting specific disorder) can be addressed within one dissertation project. The four studies presented in this thesis use different methodological approaches to understand the role of perfectionism in both development of initial and maintenance of existing psychopathology. In addition, they differentiate between two perfectionism dimensions which have been shown to be differentially related with psychological symptoms: perfectionistic strivings and perfectionistic concerns.
Using a longitudinal design, studies 1 and 2 aimed to judge multifinality by testing temporal relations between perfectionism dimensions and psychopathology. More specifically, these two studies aimed at understanding the onset of symptoms in non-clinical samples, accounting for possible bidirectional effects. In study 1, N = 447 healthy women (18-30) completed a two-wave online study across 6 months, measuring perfectionism as well as symptoms of depression, anxiety, eating disorders, and obsessive-compulsive disorder (OCD). Both cross-sectional and longitudinal network analysis was used to map the interplay between variables across time. Cross-sectionally, perfectionistic concerns, but not perfectionistic strivings, emerged as a strong bridge variable connecting symptom clusters. However, neither perfectionism dimension served as a longitudinal predictor of psychopathology. To investigate these longitudinal relations in more detail and add an exploration of divergent trajectories, study 2 included a sample of N = 499 healthy women (18-30) from a three-wave online study across 12 months, homing in on perfectionism, eating disorders, and OCD. Data was analyzed using structural equation modelling. In addition, body dissatisfaction and responsibility were included as possible disorder-specific moderator variables, analyzed via multiple hierarchical regressions. Neither perfectionism dimension emerged as a transdiagnostic predictor. Instead, perfectionistic concerns positively predicted OCD symptoms and were positively predicted by eating disorder symptoms. Perfectionistic strivings negatively predicted OCD symptoms and were positively predicted by eating disorder symptoms. No interaction effects with the presumed moderators were observed. Instead, responsibility independently predicted OCD symptoms, and body dissatisfaction independently predicted both eating disorder and OCD symptoms.
Further, studies 3 and 4 aimed at understanding the role of perfectionism in the maintenance of already existing symptoms in patient samples. To this end, data was taken from previous uncontrolled treatment studies, and multi-level models were used to test perfectionistic concerns as a predictor of treatment outcome. Both perfectionism and symptom severity were measured at baseline, post-treatment, and at several follow-ups (ranging from four weeks up to 18 months). Of note, studies 3 and 4 focused on so-called “third-wave” treatments to complement previous results from cognitive-behavioural therapy. In study 3, N = 61 patients diagnosed with OCD received eight weeks of meta-cognitive training or mindfulness-based training in an outpatient group-setting. In study 4, N = 49 patients diagnosed with depression received four weeks of meta-cognitive training for depression and suicidal ideation in an inpatient group-setting. In both studies, baseline perfectionistic concerns did not predict primary symptoms across time. However, a reduction of perfectionistic concerns or clinical perfectionism predicted a subsequent reduction in symptoms.
In sum, this thesis aimed to overcome the limitations of previous research by elucidating the temporal relations between perfectionism dimensions and symptoms of various disorders. The present results question the role of perfectionism as a transdiagnostic process implicated in the development of symptoms, but instead point towards its role in the maintenance of symptoms. Perfectionistic concerns in particular may contribute to the perpetuation and proliferation of psychopathology. Methodological limitations are discussed. Moreover, implications for both theory and methodology as well as directions for future research on perfectionism in psychopathology are outlined
Are premotor attention shifts a mere by-product of motor programming?
Get PDFInfluential models of visuo-spatial attention (Rizzolatti et al., 1987; Rizzolatti et al., 1994; Schneider, 1995) postulate that the programming of goal-directed motor actions is inevitably accompanied by a spatially congruent shift of attention toward the target of the upcoming movement (premotor shift of attention). This presumed obligatory attentional selection of motor targets has been attributed to motor programming itself, either as a by-product of motor programming (Rizzolatti et al., 1987; Rizzolatti et al., 1994) or as a prerequisite for motor programming to enable the extraction of the target's spatial information (Allport, 1987; Neumann, 1987; Schneider, 1995). Although the linkage of spatial attention and motor programming is well established in different types of goal-directed motor actions, there is mixed evidence regarding the proposed obligatory nature of the attention-action coupling. This raises the possibility that the premotor attention shift phenomenon is mediated by mechanisms unrelated to motor programming. In this dissertation, two experimental studies are presented that both investigated whether attentional selection of the target of an upcoming motor action can also be attributed to a habitual expectation that motor target locations contain visual information of high behavioral relevance. To this end, participants in both studies performed a psychophysical dual-task in which they had to identify a task-relevant visual stimulus (an attention probe) while concurrently preparing a pointing movement (first study) or saccadic eye movement (second study) toward a motor target. In a training phase, the position of the attention probe was manipulated so that participants learned to expect either spatial congruence or incongruence between the attention probe and the motor target. In a subsequent test phase with randomized attention probe position, possible training effects on attention allocation were assessed. Overall, both studies yielded similar results. Spatial attention allocation was markedly biased toward the expected position of the attention probe, regardless of whether this position matched the motor target or not. The observation that attentional resources can be shifted to a position other than the target of an upcoming motor action indicates that the link between spatial attention and motor programming is more flexible than generally assumed. It further suggests a crucial role of habitual top-down modulations of spatial attention in the generation of premotor attention shifts.Einflussreiche Modelle der visuell-räumlichen Aufmerksamkeit (Rizzolatti et al., 1987; Rizzolatti et al., 1994; Schneider, 1995) postulieren, dass die Programmierung zielgerichteter motorischer Handlungen zwangsläufig mit einer räumlich kongruenten Verlagerung der Aufmerksamkeit auf das Ziel der bevorstehenden Bewegung einhergeht (prämotorische Aufmerksamkeitsverschiebung). Diese angenommene obligatorische Aufmerksamkeitsselektion motorischer Ziele wurde der motorischen Programmierung selbst zugeschrieben, entweder als Nebenprodukt der motorischen Programmierung (Rizzolatti et al., 1987; Rizzolatti et al., 1994) oder als Voraussetzung der motorischen Programmierung, um die räumlichen Informationen des Ziels extrahieren zu können (Allport, 1987; Neumann, 1987; Schneider, 1995). Obwohl die Verknüpfung von räumlicher Aufmerksamkeit und motorischer Programmierung bei verschiedenen Arten zielgerichteter motorischer Handlungen gut belegt ist, ist die Evidenz bezüglich der angenommenen obligatorischen Natur der Aufmerksamkeits-Handlungs-Kopplung uneinheitlich. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, dass das Phänomen der prämotorischen Aufmerksamkeitsverschiebung durch Mechanismen vermittelt wird, die nicht mit der motorischen Programmierung zusammenhängen. In dieser Dissertation werden zwei experimentelle Studien vorgestellt, in denen untersucht wurde, ob die Aufmerksamkeitsselektion des Ziels einer bevorstehenden motorischen Handlung auch auf eine habituelle Erwartung zurückgeführt werden kann, dass motorische Zielorte visuelle Informationen von hoher Verhaltensrelevanz enthalten. Zu diesem Zweck führten die Probanden und Probandinnen beider Studien eine psychophysische Doppelaufgabe durch, bei der sie einen aufgabenrelevanten visuellen Stimulus (einen Aufmerksamkeitsreiz) identifizieren mussten, während sie gleichzeitig eine Zeigebewegung (erste Studie) oder eine sakkadische Augenbewegung (zweite Studie) in Richtung eines motorischen Ziels vorbereiteten. In einer Trainingsphase wurde die Position des Aufmerksamkeitsreizes so manipuliert, dass die Probanden und Probandinnen lernten, entweder eine räumliche Kongruenz oder Inkongruenz zwischen dem Aufmerksamkeitsreiz und dem motorischen Ziel zu erwarten. In einer anschließenden Testphase mit randomisierter Position des Aufmerksamkeitsreizes wurden mögliche Trainingseffekte auf die Aufmerksamkeitsallokation erfasst. Insgesamt lieferten beide Studien ähnliche Ergebnisse. Die räumliche Aufmerksamkeitsallokation war deutlich in Richtung der erwarteten Position des Aufmerksamkeitsreizes verschoben, unabhängig davon, ob diese Position mit dem motorischen Ziel übereinstimmte oder nicht. Die Beobachtung, dass Aufmerksamkeitsressourcen auf eine andere Position als das Ziel einer bevorstehenden motorischen Handlung verlagert werden können, deutet darauf hin, dass die Verbindung zwischen räumlicher Aufmerksamkeit und motorischer Programmierung flexibler ist als allgemein angenommen. Sie weist zudem auf eine zentrale Rolle habitueller Top-down-Modulationen der räumlichen Aufmerksamkeit bei der Generierung prämotorischer Aufmerksamkeitsverschiebungen hin
Geothermal microfluidic systems foster prebiotic chemistry
Get PDFLeben ist ein Phänomen fern vom thermodynamischen Gleichgewicht, und auch seine Entstehung wurde vermutlich entscheidend von den vor etwa 4 Milliarden Jahren vorhandenen Nichtgleichgewichtssystemen geprägt und vorangetrieben. Dazu gehören geothermische Systeme mit Wärmeströmen durch dünne, wassergefüllte Gesteinsspalten, die zur Konvektion des Wassers und der Thermophorese der gelösten Stoffe führen. Meine Dissertation zeigt, dass ihr Zusammenspiel eine hochselektive Anreicherung von Komponenten antreibt, die einzigartige Möglichkeiten für präbiotische Systeme auf dem Weg zur Entstehung des Lebens bietet.
Die präbiotischen Chemie erfordert in der Regel spezifische Zusammsetzungen und oftmals hohe Konzentrationen an Ausgangsstoffen, damit am Ende der teils komplexen Synthesewege die gewünschten Produkte gebildet und unerwünschte Nebenreaktionen unterdrückt werden. Eine mögliche Lösung hierfür bietet die thermophoretische Akkumulation, welche Aminosäuren, Nukleotide und RNA-Bausteine (Kapitel 3) selbst für massenidentische Verbindungen robust auftrennen kann. Netzwerkartig miteinander verbundene Gesteinskammern, wie sie in natürlichen Systemen vorliegen, verbessern hierbei die Aufreinigung deutlich. Die daraus resultierende Vielfalt an Zusammensetzungen steigert die Reaktionsausbeute beispielsweise einer wichtigen Peptidpolymerisation um bis zu vier Größenordnungen und zeigt somit die Bedeutung für präbiotische Reaktionen.
Die meisten wichtigen aufkommenden Biopolymere wie RNA, DNA und Phospholipide enhalten Phosphor als zentralen Baustein, obwohl dieser in der Erdkruste einen überraschend geringen Masseanteil hat. Zudem ist das als häufigst angenommene (Kalzium-)Phosphatmineral, Apatit, unter neutralen oder alkalischen Bedingungen, wie sie für die meisten präbiotischen Synthesereaktionen erforderlich sind, unlöslich.
Geothermale Systeme bieten eine Lösung, da Wärmeströme Phosphat von seinem Fällungspartner Kalzium im saurem Milieu räumlich trennen können. Hierdurch bleiben große Mengen an Phosphat auch nach der pH-Neutralisierung gelöst und stehen zur Erzeugung reaktiver Phosphatarten für die präbiotische Chemie bereit (Kapitel 4).
Selbst nach Erreichen der für die sogenannte RNA-Welt Hypothese zentralen katalytischen RNA-Strängen ergeben sich weitere Probleme. RNA-Enzyme benötigen für ihre Funktion spezifische Salinitätsbedingungen wie zum Beispiel viel Magnesium- und wenig Natriumionen. Auslaugungsexperimente mit präbiotisch relevanten Basalten führen jedoch zu hohen Natrium- und nur geringen Magnesiumkonzentrationen. Dieses Verhältnis kann durch thermophoretische Akkumulation umgekehrt werden, so dass in den erzeugten magnesiumreichen Lösungen ein optimales Habitat für RNA-Enzyme geschaffen wird (Kapitel 5).
Eine wichtige Herausforderung bei der RNA-basierten Replikation ist die Templatblockade durch das gebildete Produkt, das mit Schmelztemperaturen über 100\,°C einhergeht und durch die fehlende Freigabe des Templats die weitere Replikation verhindert. Eine Lösung hierfür können Salz- und pH-Oszillationen sein, da saure, salzarme Bedingungen die Schmelztemperatur absenken. Interessanterweise führt der Ionengradient von thermisch akkumuliertem Meereswasser zur Bildung von pH Gradienten. In einem präbiotisch motivierten Modellsystem aus Ameisensäure und Natriumhydroxid bestätigen Experiment eine auf Zeitskalenseparation basierte Theorie, und zeigen, dass durch Wärmeflüsse erzeugte pH Gradienten je nach Zusammensetzung der Lösung variiert und sogar invertiert werden können (Kapitel 6).Life is a phenomenon far from equilibrium, which suggests that its emergence was also decisively shaped and driven by the non-equilibrium systems present around 4 billion years ago. These include geothermal systems with heat flows through thin, water-filled rock fractures, which drive the convection of water and the thermophoresis of dissolved substances. My thesis shows that their interplay drives a highly selective enrichment of components that offers unique opportunities for prebiotic systems on the path to the emergence of life.
Prebiotic chemistry usually requires specific compositions and high concentrations of compounds for the desired products to form at the end of sometimes complex synthesis pathways whilst suppressing undesired side reactions. A possible solution for this is provided by thermophoretic accumulation, which can robustly separate amino acids, nucleotides and RNA building blocks (Chapter 3) even for mass-identical compounds. In networks of connected rock cracks, as found in natural systems, this purification is further enhanced. The resulting diversity of compositions increases reaction yields by up to four orders of magnitude, for example for peptide polymerization, thus demonstrating how temperature gradients in rock cracks can foster prebiotic chemistry.
Most of the emerging important biopolymers such as RNA, DNA and phospholipids contain phosphorus as a central building block, even though it has a surprisingly small abundance in the Earth's crust. In addition, the presumably most common (calcium) phosphate mineral, apatite, is insoluble at the neutral or alkaline pH values required for most prebiotic synthesis reactions. Geothermal systems provide a solution as heat flows can spatially separate phosphate from its precipitation partner calcium in acidic environments. As a consequence, large amounts of phosphate remain in solution even after pH-neutralization and can be used to generate reactive phosphate species for prebiotic chemistry (Chapter 4).
After addressing above milestones, further problems arise for catalytic RNA strands, which are central to the so-called RNA world hypothesis. These require specific salinity conditions for their function, such as high magnesium and low sodium concentrations. However, leaching experiments using prebiotically relevant basalts show high sodium but only low magnesium concentrations. Thermophoretic accumulation can reverse this ratio, naturally creating a habitat for RNA enzymes (Chapter 5). In systems of connected rock cracks, the strength and stability of the selective enrichment is further enhanced.
An important challenge in RNA-based replication is template inhibition by the formed product, as melting temperatures can rise to above 100\,°C thus preventing further replication. Salt and pH oscillations can drive an environmental solution, as acidic, low-salt conditions lower the melting temperature significantly. Interestingly, the ion gradients of thermally accumulated seawater lead to the formation of pH gradients. In a prebiotically motivated model system of formic acid and sodium hydroxide, experiments confirm a theoretical approach based on the separation of timescales, and show that pH gradients generated by heat fluxes can be varied and even inverted by changes in the initial composition of the solution (Chapter 6)
Utilizing airborne lidar observations for the exploration of gravity waves in the middle atmosphere
Get PDFThe Airborne Lidar for Middle Atmosphere research (ALIMA) was first deployed for the exploration of gravity waves during the Southern Hemisphere Transport, Dynamics, and Chemistry – Gravity Waves campaign in September 2019. The thesis assesses the hypothesis that airborne lidar observations are well-suited for the explorations of gravity waves in the middle atmosphere and analyzes ALIMA observations. Observations from six nighttime research flights in the vicinity of the Southern Andes, the Drake’s passage and the Antarctic Peninsula are evaluated, as well as, data from the ECMWF Reanalysis v5 and idealized simulations are used.
The airborne operation of ALIMA enables the investigation of horizontal scales of gravity waves. In order to perform a spectral analysis of the observations from ALIMA, it is first necessary to determine errors and uncertainties in the observations and data processing, as well as to characterize the dynamic situation during the observations.
The thesis demonstrates that ALIMA achieves an accuracy of ±1 K and a precision of 1 K to 6 K in temperature measurements, primarily depending on the altitude. Contributions from photon noise, background photons, atmospheric transmission, and temperature retrieval from photon data are tested using additional lidar simulations. The comparison of high-resolution idealized simulations with the results of the temperature retrieval shows that the fundamental assumption of a hydrostatic equilibrium of the retrieval in the presence of non-hydrostatic gravity waves is not met, leading to an underestimation of temperature perturbations of 5 % to 20 %.
Tierra del Fuego is identified as main excitation region of orographic gravity waves during September 2019 due to the shift of the polar front jet further polewards as usual. The gravity wave activity is characterized around the stratospheric polar vortex which is strongly influenced by the 2019 Southern Hemisphere sudden stratospheric warming. Thus, no distinct relationship between gravity wave activity and the strong winds at the edge of the stratospheric polar vortex is apparent.
Novel horizontal wavenumber spectra derived from the airborne lidar observations are presented. The horizontal wavenumber spectra indicate a dependence of the horizontal scales which follows a −5/3 power law in the middle atmosphere and which is partly influenced by the 2019 sudden stratospheric warming. The spectral energy decreased by 25 % in the mesosphere due to reduced gravity wave activity
