It is a well known fact that the visible universe is made almost entirely of baryonic matter. Yet, this is also one of the greatest puzzles that physicists are trying to solve: Where did all of this matter come from in the first place? The Standard Model (SM) of particle physics predicts a baryon asymmetry that is much smaller than what is observed in nature. In order to try and explain this discrepancy, Sakharov (1967) postulated three necessary conditions for baryogenesis in the early universe. One of these is the requirement that charge conjugation (C) and the product of C and parity (P) symmetries are violated. Because the SM fails to generate the observed baryon asymmetry, additional sources of CP violation are needed in order to help reconcile theory and observation. Thus, physicists have been looking for extensions to the SM in search of an answer. The presence of a neutron Electric Dipole Moment (nEDM) would signal a new source of CP violation. A non-vanishing nEDM would provide evidence for the breaking of both parity (P) and time-reversal symmetry (T). Because CPT symmetry is assumed to be conserved and has not been found to be broken, this would signal CP violation. To look for an nEDM, stored ultracold neutrons are placed in parallel and anti-parallel magnetic and electric fields and the Larmor precession frequency is carefully measured. A difference in the precession frequency of the neutrons in the two states of the fields would signal the existence of an nEDM. The current upper limit of the nEDM was set by the RAL-Sussex-ILL collaboration and stands at dn < 3.0x10-26 e cm (90% CL). Currently a new cryogenic apparatus is under construction at the Spallation Neutron Source (SNS) at the Oak Ridge National Laboratory (ORNL) which aims to reduce the current upper limit by two orders of magnitude. A central problem to all neutron EDM experiments is the generation of a highly uniform and stable magnetic field. Because the suppression of systematic effects that arise from magnetic field nonuniformities and temporal drifts is vital to the success of these experiments, it is important to have the ability to precisely control and monitor the magnetic field gradients inside of the experimental volume. However, it is not always possible to measure the field gradients within the region of interest directly. To remedy this issue in the SNS nEDM experiment, a field monitoring system has been designed and tested that will allow for the reconstruction of the field gradients inside of the fiducial volume using noninvasive measurements of the field components at discrete locations external to this volume. This document will outline the theoretical framework of our method and present the results of experimental and simulated studies performed and the engineering design for such a field monitoring system.

There is a movement in the electronic industry toward building electronic devices with dimensions smaller than is currently possible. Atomically thin 2D material, such as graphene, bilayer graphene, hBN and MoS2 are great candidate for this goal and they have a potential set of novel electronic properties compare to their bulk counterparts due to the exhibition of quantum confinement effects. To this goal, we have investigated the electric field screening of multilayer 2D materials due to the presence of impurity charge in the interface and vertical electric fifield from back gate. Our result shows a dramatic difference of screening behavior in high and low charging limit, which depends on the number of layers as well. We also have an extensive study on quantum tunneling effect in graphene and bilayer graphene heterojunctions. The peculiar electronic properties of graphene lead to an unusual scattering effect of electron in graphene n-p junction. We implement the cohesive tunneling effect to explain the nonlinear electron transport in ultrashort channel graphene devices. This nonlinear behavior could make them tremendously useful for ultra-fast electronic applications.

A prototype of the Muon Telescope Detector (MTD) was installed at STAR (Solenoidal Tracker at RHIC) during run year 2007. While the cosmic and beam tests showed a ~ 60 - 70 ps timing resolution for MTD, the actual performance in Au + Au collisions at STAR was found ~300 ps. In run year 10 STAR implemented a new electronics system for MTD and a cosmic ray trigger to study the performance of its several subsystems. With the cosmic ray data, this study shows that the timing resolution of MTD can reach 99 ps after a full calibration. / text

In dieser Studie wurde eine auf eigenständiges Schreiben beruhende Lernmethode im Rahmen einer quasiexperimentellen Studie im Themengebiet Akustik im 11. Jahrgang des Gymnasiums eingesetzt. Aus den vorliegenden lernpsychologischen Grundlagen und didaktischen Erkenntnissen wird eine auf selbstständiges Schreiben beruhende Lernmethode und ein Modell für die Textproduktion für den Einsatz im Physikunterricht entwickelt. Die Intervention, die in der sieben Schulstunden umfassenden Lerneinheit durchgeführt wurde, bestand aus einer vorhergehenden kurzen Einführung in das Schreiben von Texten zu physikalischen Fragestellungen und dem anschließenden Einsatz von speziellen Schreibaufgaben, die in dem herkömmlichen Physikunterricht eingebettet wurden. Der Unterricht zur Akustik in der Interventions- und einer Vergleichsgruppe hatte den selben zeitlichen Umfang und war überwiegend identisch, da die gleiche Grobplanung des Unterrichts und die gleichen Lernziele vorlagen. An der Studie nahmen vier Kurse, zwei davon in der Interventionsgruppe und zwei in der Vergleichsgruppe, teil. Insgesamt konnten 47 Schülerinnen und Schüler in der statistischen Auswertung berücksichtigt werden. Unter Verwendung von Vortests, direkten und verzögerten Nachtests, und dem Vergleich der Interventions- mit der Vergleichsgruppe, wurde der Lernerfolg durch das eigenständige Schreiben untersucht. Als Kontrollvariable wurde der vorhandene allgemeine Wortschatz erhoben. Am Ende der Studie wurde außerdem mit Hilfe eines Fragebogens in der Interventionsgruppe die Einstellung zu der Schreib-Lernmethode erhoben. Die Studie zeigt, dass der Einsatz der Schreib-Lernmethode im Physikunterricht auch in einem nur begrenzten Zeitraum nach einer kurzen Einführung (eine Schulstunde) in die Thematik des Erstellens von Texten mit physikalischen Inhalten möglich ist. Die Auswertung zeigt, dass die Schülerinnen und Schüler durch das in den traditionellen Unterricht eingebettete selbstständige Schreiben von Texten zu physikalischen Fragestellungen Faktenwissen und Fähigkeiten zum Auslesen und Interpretieren von Diagrammen ebenso wie bei rein traditionellen Lernmethoden erwerben und festigen. Somit bereichert das selbstständige Produzieren von Physik-Texten die Methodenvielfalt des Physikunterrichts. Zusätzlich zu dem physikalischen Fachwissen lernen die Schülerinnen und Schüler durch die Schreib-Lernmethode physikalische Sachverhalte zu versprachlichen und in Kontexte einzubinden. Der statistisch signifikante Effekt bei dieser Fähigkeit ist im mittleren Bereich. Es zeigt sich eine deutliche Abhängigkeit der Fähigkeit, physikalische Sachverhalte zu versprachlichen, vom vorhandenen physikalischen Fachwissen. Zum allgemeinen Wortschatz besteht ein geringer Zusammenhang. Da kein Zusammenhang zwischen der Fähigkeit, die Fachsprache korrekt zu verwenden und der Fähigkeit zum eigenständigen Versprachlichen von physikalischen Sachverhalten festgestellt werden konnte, scheinen sich diese beiden Arten der Versprachlichung hinsichtlich der involvierten Kompetenzen zu unterscheiden. Das vorgestellte Modell für die Textproduktion wurde insgesamt von den Schülerinnen und Schülern, und besonders von denen mit einer geringen Selbsteinschätzung ihrer Fähigkeiten zum Schreiben von Physik-Texten, als hilfreich eingestuft und kann daher für den Einsatz im Physikunterricht empfohlen werden.

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Die Arbeit beschreibt die Messung des Wirkungsquerschnittes für die Produktion von Jets in Ereignissen mit Z-Bosonen in Proton-Proton Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von √s = 7 TeV mit einer integrierten Luminosität von ∫Ldt = 36 pb−1 und ∫Ldt = 4.6 fb−1 aufgenommen mit dem ATLAS Experiment am Large Hadron Collider in Genf. Die inklusiven und differenziellen Wirkungsquerschnitte für Z (→ e+ e−) + jets werden für Jets mit einem Transversalimpuls von pT(jet) > 30 GeV und einer Rapidität von |y(jet)| < 4.4 gemessen. Die Datensätze erlauben Messungen in vorher nicht zugänglichen Phasenraumregionen und können genutzt werden, um die Modellierungen von Z/γ∗ + jets in typischen Phasenraumregionen, die vom Zerfall des Higgs Bosons oder Suchen nach neuer Physik erwarten werden, zu testen. Die Ergebnisse werden auf Partonlevel entfaltet und mit Vorhersagen verschiedener Monte-Carlo Generatoren und Vorhersagen der perturbativen QCD in nächst-führender Ordnung verglichen.

Es gibt wohl kaum Wissenschaftsgebiete, in denen die wechselseitige Beeinflussung stärker ist als zwischen Mathematik und Physik. Eine wichtige Frage ist dabei die nach der konkreten Ausgestaltung dieser Wechselbeziehungen, etwa an einer Universität, oder die nach prägenden Merkmalen in der Entwicklung dieser Beziehungen in einem historischen Zeitabschnitt. Im Rahmen eines mehrjährigen Akademieprojekts wurden diese Beziehungen an den Universitäten in Leipzig, Halle und Jena für den Zeitraum vom Beginn des 19. bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts untersucht und in fünf Bänden dargestellt. Der erste dieser Bände erschien in den Abhandlungen der Sächsischen Akademie der Wissenschaften zu Leipzig, die nachfolgenden als eigenständige Reihe unter dem Titel “Studien zur Entwicklung von Mathematik und Physik in ihren Wechselwirkungen“. Ein weiterer und abschließender Band dieser Reihe (der vorliegende) beinhaltet die Beiträge einer wissenschaftshistorischen Fachtagung im Jahr 2010, die das Thema in einem internationalen Kontext einbettet. Der vorliegende Band enthält die Beiträge der Tagung “Mathematics meets physics. A contribution to their interaction in the 19th and the first half of the 20th century”, die vom 22. bis 25. März 2010 in Leipzig stattfand. Die Konferenzbeiträge bestätigen die große Variabilität in der Gestaltung der Wechselbeziehungen zwischen Mathematik und Physik. In ihnen werden u.a. verschiedene Entwicklungsprozesse im 19. und 20. Jahrhundert (zur elektromagnetischen Feldtheorie, zur Quantenmechanik, zur Quantenfeldtheorie, zur Relativitätstheorie) aus unterschiedlichen Perspektiven analysiert. Weitere Beiträge stellen allgemeinere Fragestellungen der Entwicklung der Wechselbeziehungen in den Mittelpunkt und tragen zur Frage einer möglichen Unterscheidung unterschiedlicher Entwicklungsstufen im den Wechselverhältnis von Mathematik und Physik bei. Insgesamt ist einzuschätzen: Zum einen dokumentieren die in den Beiträgen vorgelegten Ergebnisse den Wert und die Notwendigkeit von Detailuntersuchungen, um die Entwicklung der Wechselbeziehungen zwischen Mathematik und Physik in ihrer Vielfalt und mit der nötigen Präzision zu erfassen, zum anderen lassen sie in ihrer Gesamtheit noch zu beantwortende Forschungsfragen erkennen.:Vorwort Karl-Heinz Schlote, Martina Schneider: Introduction Jesper Lützen: Examples and Reflections on the Interplay between Mathematics and Physics in the 19th and 20th Century Juraj Šebesta: Mathematics as one of the basic Pillars of physical Theory: a historical and epistemological Survey Karl-Heinz Schlote, Martina Schneider: The Interrelation between Mathematics and Physics at the Universities Jena, Halle-Wittenberg and Leipzig – a Comparison Karin Reich: Der erste Professor für Theoretische Physik an der Universität Hamburg: Wilhelm Lenz Jim Ritter: Geometry as Physics: Oswald Veblen and the Princeton School Erhard Scholz: Mathematische Physik bei Hermann Weyl – zwischen „Hegelscher Physik“ und „symbolischer Konstruktion der Wirklichkeit“ Scott Walter: Henri Poincaré, theoretical Physics, and Relativity Theory in Paris Reinhard Siegmund-Schultze: Indeterminismus vor der Quantenmechanik: Richard von Mises’ wahrscheinlichkeitstheoretischer Purismus in der Theorie physikalischer Prozesse Christoph Lehner: Mathematical Foundations and physical Visions: Pascual Jordan and the Field Theory Program Jan Lacki: From Matrices to Hilbert Spaces: The Interplay of Physics and Mathematics in the Rise of Quantum Mechanics Helge Kragh: Mathematics, Relativity, and Quantum Wave Equations Klaus-Heinrich Peters: Mathematische und phänomenologische Strenge: Distributionen in der Quantenmechanik und -feldtheorie Arianna Borrelli: Angular Momentum between Physics and Mathematics Friedrich Steinle: Die Entstehung der Feldtheorie: ein ungewöhnlicher Fall der Wechselwirkung von Physik und Mathematik? Vortragsprogramm Liste der Autoren Personenverzeichnis

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A formação de professores está presente entre as questões mais atuais da pesquisa em educação e em muitos dos discursos que balizam as políticas públicas. Documentos oficiais, como as diretrizes para a formação de professores da Educação Básica, de 2002, sinalizam necessidades de mudanças na formação inicial, especialmente no que diz respeito à superação de fragmentações. Isso significa, no caso específico da física, que, por exemplo, a formação inicial não pode se reduzir à superposição do aprender física com o aprender a ser professor. Diante desse quadro, buscamos investigar qual é o papel dos saberes de física na formação do professor, que espaços e formas esse saber ocupa nos currículos dos cursos de licenciatura e quais relações se estabelecem entre esses e os outros saberes presentes na formação inicial. Para isso, utilizamos referenciais teóricos da área de formação de professores e de teorias de currículo. Delimitamos três âmbitos de investigação, ainda que interdependentes: (i) políticas públicas gerais, (ii) resultados de pesquisas em ensino de ciências, expressão da comunidade de pesquisa da área, além dos (iii) espaços de concretização das práticas, referente aos cursos de licenciatura propriamente ditos. Para tanto, pesquisamos documentos oficiais e obras de cunho histórico sobre a formação de professores e a escola básica no Brasil; analisamos artigos presentes nas atas de eventos da área de ensino de ciências; investigamos cursos de licenciatura e mudanças curriculares, com atenção especial ao estudo em caso de um curso específico de licenciatura em física. Em todos esses momentos, procuramos caracterizar quais saberes específicos de física e quais saberes pedagógicos estavam sendo considerados, além de qual articulação entre esses saberes estava sendo proposta. Na maior parte do material analisado, constatamos que os saberes de física estão fortemente naturalizados. Isso significa que, a despeito das sinalizações de mudanças mais recentes, os saberes de física presentes nos cursos de licenciatura não têm sido alvo de questionamentos, problematizações ou propostas expressivas de modificações. São considerados como decorrentes de certa lógica interna da ciência, já instaurada nos cursos superiores de física. Nossos resultados sinalizam que sem tais reflexões, em que as questões das finalidades formativas ganhem destaque, será muito difícil superar a dicotomia entre saberes. No entanto, no caso específico analisado, há indícios positivos, apontando possibilidades de inovação. A partir dos resultados obtidos, defendemos que se faz urgente a rediscussão dos saberes de física na formação inicial em suas formas, espaços, objetivos e valores. / In the last decades, special attention has been devoted to researches related to teacher role in education process and its professional qualifications. Government documents, like the Diretrizes para a formação de professores da Educação Básica, published in 2002, called attention to the lack of connections between different approaches along teachers initial education programs. In the specific physics situation, this means that being a physics teacher must includes more than just learn physics and learn to be a teacher. In this frame of reference, we developed an investigation about how and which physics knowledge and other knowledge happen to integrate the curriculum of a physics teacher formation program. With this purpose, elements from curriculum theories and from teacher education proposals and reflections were discussed and incorporated. The investigations were developed in three interdependent scopes: (i) documents concerning educational general policies related to teachers programs as well as historical notes, (ii) results related to teachers education in the field of science learning researches and (iii) physics education curriculum, programs and courses (licenciaturas) in their self. In these different materials and moments we try to identify the aspects and selections concerning the physics knowledge that were being considered and which correlation was established in between this and the other knowledge to be a teacher. In almost all the cases that were analyzed we found that there is no discussion about which physics must be presented, as if there is just one and unique way of doing it. As a consequence, it means that the physics content remains unavailable to eventual changes and reproduces what is done in all physics undergraduate courses, granted by a casual epistemological science status. Our results indicate that the ultimate purposes of physics teaching are seldom considered, preventing from promoting a more autonomous teacher role. In this sense, we urge for a more comprehensive discussion about the kind of knowledge needed in the physics teacher education programs, including physics selections and organization, taking in account purposes, intentions and desired values to be promoted.