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Characterization of final DEPFET modules for the new Pixel Vertex Detector and commissioning at the Belle II experiment
Get PDFThe Belle II particle physics experiment is located at the SuperKEKB e+e− collider in Japan. Its research focuses on the CP violation in B meson decays and addresses many open questions in electroweak interactions. The broad physics program also includes the search for new physics beyond the Standard Model of particle physics.
An essential component of the Belle II detector for the physics mentioned above, most importantly for analyses of CP violation, is the Pixel Vertex Detector (PXD). The PXD is the innermost tracking device, surrounding the beam pipe, and provides a precise measurement of the decay vertices of B mesons and other weakly decaying particles. The PXD consists of two layers of silicon semiconductor modules with new Depleted P-channel Field Effect Transistor (DEPFET) pixels, used for the first time in a high energy physics experiment. This technology allows for an exceptionally thin active detector design of only 75 µm, achieving 15 µm impact parameter resolution and greater than 99 % detection efficiency.
The PXD is an electronic device and must function properly as a subdetector of the larger Belle II electronic detector system. The first part of this thesis was the conduct of a test campaign to verify the electromagnetic compatibility (EMC) of the PXD module design. These were the first EMC measurements for a high energy physics pixel detector and also the first consideration of radiated noise from the beam pipe.
After the design and prototyping phase, the module production for the final detector was started. The second part of this thesis was the development of the entire chain of test procedures and a comprehensive quality management including quality assurance software for the characterization and optimization of all production modules. The performance of 75 PXD modules was evaluated, of which 72 % achieved the highest grading after optimization.
The third part of this thesis covers the assembly and commissioning of a first reduced version of the PXD at the Belle II experiment in Japan. Optimization of the module performance and operating software continued during operation. Following the occurrence of severe irradiation damage due to beam loss events, an automated detection algorithm was developed. Possible damage mechanisms were investigated and additional protection measures were implemented.
The installed PXD successfully operated in the first physics data taking period of the Belle II experiment from 2019 to 2022. It reliably collected data of particular value for lifetime measurements and time-dependent CP violation analyses. During the shutdown period in 2022/23 the first PXD was replaced by PXD2, a complete successor, which will be the innermost tracking detector of Belle II for many years to come.Das Teilchenphysikexperiment Belle II befindet sich am SuperKEKB e+e− Beschleuniger in Japan. Sein Forschungsschwerpunkt liegt in der Untersuchung der CP Verletzung im Zerfall von B Mesonen. Darüber hinaus behandelt es viele offene Fragen zur elektroschwachen Wechselwirkung. Das breite Physikprogramm umfasst auch die Suche nach neuer Physik jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik.
Eine wesentliche Komponente des Belle II Teilchendetektors für das genannte Physikprogramm, insbesondere für die Analysen zur CP Verletzung, ist der Pixel Vertex Detektor (PXD). Der PXD ist der innerste Detektor für die Spurrekonstruktion. Er umschließt das Strahlrohr und liefert präzise Messungen der Zerfallsvertices von B Mesonen und anderen schwach zerfallenden Teilchen. Der PXD besteht aus zwei Lagen von Silizium-Halbleitermodulen mit neuartigen deplitierten p-Kanal-Feldeffekttransistor (DEPFET) Pixeln, die zum ersten Mal in einem Experiment der Hochenergiephysik eingesetzt werden. Diese Technologie ermöglicht ein außergewöhnlich dünnes aktives Detektordesign von nur 75 µm, wobei eine intrinsische Positionsauflösung von 15 µm und eine Detektionseffizienz von über 99 % erreicht werden.
Der PXD ist ein elektronisches Gerät und muss als Teil des größeren elektronischen Detektorsystems Belle II funktionieren. Der erste Teil der vorliegenden Arbeit bestand in der Durchführung einer Messkampagne zur Überprüfung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) des PXD Moduldesigns. Dies waren die ersten EMV Messungen an einem Pixeldetektor der Hochenergiephysik und die erste Berücksichtigung von Störungen, die von einem Strahlrohr abgestrahlt werden.
Nach der Design- und Prototypenphase lief die Produktion der Module für den finalen Detektor an. Der zweite Teil dieser Arbeit bestand in der Entwicklung einer vollständigen Kette von Testverfahren und eines umfassenden Qualitätsmanagements einschließlich der Qualitätssicherungssoftware für die Charakterisierung und Optimierung aller produzierten Module. Die Leistung von 75 PXD Modulen wurde evaluiert, von denen nach der Optimierung 72 % die höchste Einstufung erreichten.
Der dritte Teil dieser Arbeit befasst sich mit dem Zusammenbau und der Inbetriebnahme einer ersten reduzierten Version des PXD am Belle II Experiment in Japan. Die Optimierung der Modulleistung und der Betriebssoftware wurde während des Betriebs fortgesetzt. Nach dem Auftreten gravierender Bestrahlungsschäden aufgrund von Strahlverlusten wurde ein automatischer Algorithmus zur Erkennung dieser Schäden entwickelt. Mögliche Schadensmechanismen wurden untersucht und zusätzliche Schutzmaßnahmen eingeführt.
Der installierte PXD konnte in der ersten Phase der Datennahme des Belle II Experiments von 2019 bis 2022 erfolgreich betrieben werden. Er nahm zuverlässig Daten auf, die für Lebensdauermessungen und Analysen zur zeitabhängigen CP Verletzung von besonderem Wert sind. Während der Abschaltung des Beschleunigers 2022/23 wurde der erste PXD durch PXD2 ersetzt, einen vollständigen Nachfolger, der für viele kommende Jahre der innerste Detektor für die Spurrekonstruktion des Belle II Experiments sein wird
Il n'est bon bec que de Paris?
Get PDF"Aucune language (de grande extension) n'échappe à la variation diatopique." (Pöll 2017, 65) – dies trifft auch auf das Französische zu. Während sowohl die Seite der sprachlichen Produktion als auch jene der Perzeption und mentalen Repräsentationen in Bezug auf frankophone Sprecher:innen umfassend untersucht wurden, bleiben folgende Fragen bislang unbeantwortet: Verfügen Französischlernende in Bezug auf diatopische, d.h. geographische Variation in der Zielsprache ebenfalls über Normkonzeptionen und wenn ja, wie beeinflussen diese die Perzeption?
Zum Französichen fehlt bislang eine umfassende Untersuchung zu diesem Thema, weshalb das Ziel vorliegender Arbeit darin besteht, sich der Wahrnehmung und Evaluation diatopischer Varietäten des Französischen durch Fremdsprachenlernende aus mehreren Blickwinkeln zu nähern: Neben den Normkonzeptionen an sich liegt das Interesse auf dem Hörverstehen, den Erfahrungen und Ideen der Lernenden sowie ihrem Wissen in Bezug auf diatopische Varietäten.
In einer Perzeptionsstudie bewerteten die Teilnehmer:innen (n=290) zunächst vorgelesene Sprachproduktionen unterschiedlicher Varietäten. Darauf folgte ein Fragebogen zur Sprachenbiographie sowie den Erfahrungen der Lernenden mit diatopischen Varietäten und ihren Ideen zu deren Einbindung in den Unterricht; diese Themen wurden in Interviews vertiefend diskutiert. Ein Hörverständnistest zu Québecer Sprachaufnahmen sowie ein Fragebogen zu Dialekt und Standardsprache im Deutschen runden die einem Mixed-Methods-Ansatz entsprechende Methodik ab.
Die Ergebnisse liefern Evidenz für negative Bewertungen einiger Varietäten auf der Ebene der mentalen Repräsentation, welche sich nicht in der Perzeption widerspiegeln. Damit hängt möglicherweise zusammen, dass die regionalen Zuordnungen der Lernenden selten richtig sind; besonders auffällig ist dies bei den für die L1-Kontrollgruppe einfach zu identifizierenden Québecer Sprecher:innen. Diese werden von den Lernenden häufig sogar als Nicht-L1-Sprecher:innen eingestuft, was auf eine (implizite) Gleichsetzung von L1-Sprecher:innen mit (vermeintlichen) hexagonalen Standardsprecher:innen hindeutet. Viele Lernende, insbesondere niedrigerer Sprachniveaus, berichten von (fast) keinem Kontakt mit den einzelnen Varietäten, stehen diesen aber auf einer expliziten Ebene offen gegenüber und würden sich eine verstärkte Einbindung in den Unterricht wünschen.
Vorliegende Arbeit trägt aus soziolinguistischer Perspektive zu einem vollständigeren Verständnis dessen bei, wie sprachliche Normen Wertungen über Varietäten bei Lernenden beeinflussen. Insofern als sich die Erwartung einer bestimmten (idealisierten) Norm auf die Bewertung von Sprecher:innen und sogar das Verhalten ihnen gegenüber auswirken kann, sind soziolinguistische Ergebnisse gleichzeitig auch von gesellschaftlicher Relevanz. Darüber hinaus sind die Ergebnisse für den Bereich der Fremdsprachendidaktik aufschlussreich, weshalb didaktische Implikationen ausführlich diskutiert werden.According to Pöll (2017, 65), "[a]ucune language (de grande extension) n'échappe à la variation diatopique." – and this statement equally applies to French. While the areas of linguistic production, perception and mental representations have been investigated quite extensively for francophone speakers, the following questions remain unanswered: Do French learners also hold any norm conceptions with regard to diatopic, i.e. geographical variation within the target language, and if so, how do these influence perception?
Comprehensive research on this subject is lacking for French, which is why the aim of this thesis is to approach the perception and evaluation of diatopic varieties of French by foreign language learners from multiple perspectives. In addition to normative conceptions per se, the focus lies on listening comprehension as well as on learners' experiences with, ideas about and knowledge of diatopic varieties.
First, the participants (n=290) took part in a perception study in which they evaluated read-aloud language productions of different varieties. Subsequently, a questionnaire asked them to provide information on their language biography and to comment on their experiences with diatopic varieties. They should also reflect on how those varieties should be integrated in the foreign language classroom. These topics were further explored during interviews. To complement the project's mixed-methods approach, a listening comprehension test on Québécois French along with a questionnaire on dialect and standard language in German were administered to a subset of the participants.
The results provide evidence for negative evaluations of some varieties at the level of mental representations, which are not reflected in perception. This may be related to the fact that learners rarely correctly identify speakers' regional origin. This is particularly striking in the case of Québécois speakers, who are yet easy to identify for the L1 control group. The learners often even classify those speakers as non-native, suggesting an (implicit) conflation of L1 speakers with speakers of the supposed hexagonal standard. Many learners, especially beginners, report (almost) no exposure to the various varieties, but seem to be open to them on an explicit level and would appreciate if they were better integrated in language teaching.
From a sociolinguistic perspective, this thesis contributes to a more complete understanding of how linguistic norms influence learners' evaluations of varieties. Since expecting a certain (idealized) norm can affect the evaluation of speakers and even behaviour towards them, sociolinguistic findings are also socially relevant. Furthermore, the results are informative for the field of foreign language teaching, which is why didactic implications are discussed in detail
Artificial intelligence for resource allocation tasks
Get PDFIn recent years, innovations in artificial intelligence have led to advances in many different areas, ranging from natural language processing to computer vision. One area that is of special interest are resource allocation tasks. The field of resource allocation includes a diverse range of tasks. Oftentimes, resource allocation tasks are complex sequential decision making problems like portfolio optimization, the traveling officer problem, or redeploying ambulances to base stations. Deep reinforcement learning offers a way to solve these tasks. However, in order to achieve state-of-the-art performance, existing neural network architectures are not sufficient and, in this thesis, we propose several novel architectures. While spatial resource allocation tasks typically have discrete action spaces, some allocation tasks, like portfolio optimization, have continuous action spaces.
The contributions in this thesis handle three types of allocation tasks: discrete resource allocation, resource collection, and continuous resource allocation with allocation constraints.
First, we focus on discrete resource allocation and resource collection. More specifically, we look into different spatial resource allocation tasks, presenting a spatial-aware reinforcement learning-based approach for the traveling officer problem, a prominent resource collection task, achieving state-of-the-art performance. We also propose an approach for multi-agent stochastic resource collection featuring a novel neural network architecture. After that, we focus on dynamic ambulance redeployment. We develop a high-performance event-based simulator, conduct comparisons and benchmarks of existing approaches using real-world data. After that, we are the first to develop an approach for dynamically redeploying electric ambulances. Our method deploys the ambulance to the base station which minimizes the energy deficit.
Afterward, we continue with continuous resource allocation tasks featuring simplex action spaces accompanied with allocation constraints.
One of the most important continuous action resource allocation tasks is portfolio optimization, where a portfolio manager allocates its wealth across various assets in each time step over an investment horizon. In practice, these tasks often come with allocation constraints. We develop approaches to efficiently and effectively incorporate one and two allocation constraints using a decomposition of the simplex, allowing us to learn a policy using standard deep reinforcement learning approaches. Our methods never violate the constraints, even during training. Furthermore, we propose an approach capable of handling an arbitrary number of constraints by iteratively sampling actions in each dimension autoregressively, while utilizing linear programming to compute the action bounds. Our approach remains trainable using existing reinforcement learning algorithms
CT-angiographische Merkmale von Hochrisiko-Plaques der Carotisbifurkation im Vergleich ischämischer Schlaganfallgruppen nach der TOAST-Klassifikation
Get PDFMyeloid-related protein 8/14 (MRP8/14) coordinates neutrophil recruitment through Ca2+ supply at LFA-1/F-actin adhesion clusters
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Entwicklung und Validierung von innovativen Verfahren zur Risikostratifizierung in der Leber- und Transplantationschirurgie
Get PDFEvaluation neuer Marker zur Verbesserung der Therapie gynäkologischer Malignome und deren Vorstufen
Get PDFQuantum gas microscopy of fluctuating hydrodynamics in optical ladders
Get PDFWe demonstrate the emergence of fluctuating hydrodynamics in chaotic quantum many-body systems using quantum simulation experiments in large tunable ladders of hard-core bosons. Using a cesium quantum gas microscope with single-site resolution, we examine the post-quench build-up of fluctuations and density-density correlations, starting from a highly excited state. The ladder systems can be tuned from integrable to fully chaotic, allowing to study the crossover between ballistic and diffusive transport. We find a separation of equilibration timescales between the local expectation values and non-local fluctuations, suggesting that systems may appear thermalized even though fluctuations continue to grow. We show that, from a macroscopic point of view, the relaxation dynamics are described by fluctuating hydrodynamics and entirely determined by the linear response coefficients. This profound insight allows for the extraction of the equilibrium diffusion constant from non-equilibrium experiments, offering a new approach for testing fluctuation-dissipation relations in far-from-equilibrium chaotic quantum systems. Besides these main results about the relaxation of isolated quantum many-body systems, this thesis reports on the current state of our cesium quantum gas microscope, describing and characterizing the experimental setup, including optical superlattices and imaging techniques. Furthermore, it reports on a new theoretical approach for understanding the bulk-boundary correspondence in higher-order symmetry-protected topological phases, demonstrated using the 2d superlattice Bose-Hubbard model.Wir demonstrieren das Auftreten von fluktuierender Hydrodynamik in chaotischen Quantenvielteilchensystemen mittels Quantensimulationsexperimenten in großen einstellbaren Leitern mit Hard-Core-Bosonen. Mit einem Caesium-Quantengasmikroskop mit Einzelplatzauflösung untersuchen wir den Aufbau von Fluktuationen und Dichte-Dichte-Korrelationen nach einem Quench, ausgehend von einem hochangeregten Zustand. Die Leitersysteme können von integrierbar bis vollständig chaotisch eingestellt werden, was es uns ermöglicht, den Übergang zwischen ballistischem und diffusivem Transport zu beobachten. Wir beobachten eine Separation der Zeitskalen für das Erreichen des Gleichgewichtzustands zwischen den lokalen Erwartungswerten und den nicht-lokalen Fluktuationen, was darauf hindeutet, dass Systeme thermisch erscheinen können, obwohl die Fluktuationen weiter wachsen. Wir zeigen, dass aus makroskopischer Sicht die Relaxationsdynamik durch fluktuierende Hydrodynamik beschrieben wird und vollständig durch die Linear-Response-Koeffizienten bestimmt ist. Dieses weitreichende Ergebnis ermöglicht die Extraktion der Gleichgewichts-Diffusionskonstante aus Nichtgleichgewichtsexperimenten und bietet einen neuen Ansatz zum Testen von Fluktuations-Dissipations-Beziehungen in weit vom Gleichgewicht entfernten chaotischen Quantensystemen. Neben diesen Hauptergebnissen hinsichtlich der Relaxation von isolierten Quanten-Vielteilchensystemen berichtet diese Arbeit auch über den aktuellen Stand unseres Caesium-Quantengasmikroskops und beschreibt den experimentellen Aufbau, einschließlich der optischen Übergitter und Abbildungstechniken. Darüber hinaus wird über einen neuen theoretischen Ansatz zur Beschreibung der Bulk-Boundary-Korrespondenz in symmetriegeschützten topologischen Phasen höherer Ordnung berichtet, demonstriert am 2d-Übergitter-Bose-Hubbard-Modell