No description available.

No description available.

Transiente Strukturen spielen eine Schlüsselrolle für das Verständnis molekularer Reaktionen. Lasergetriebene Plasma-Röntgenquellen bieten die Möglichkeit, die Dynamik solcher Strukturen mit einer Zeitauflösung im Sub-Pikosekundenbereich durch Anlagen im Maßstab eines normalen Universität-Laserlabors zu verfolgen. In dieser Arbeit wird Aufbau, Charakterisierung und Optimierung einer solchen Röntgenquelle mit einer Photonenenergie von 8 keV, ihre Integration in einen Anrege-Abtast-Aufbau und erste Experimente beschrieben. Die Anlage wurde speziell für Experimente an molekularen Kristallen entworfen, die eine möglichst hohe Anzahl an Röntgenphotonen pro Impuls erfordern und für einen unterbrechungsfreien Betrieb von bis zu acht Stunden bei 10 Hz ausgelegt. Polarisation, Einfallswinkel, Chirp und Bündeldurchmesser der Laserimpulse, welche die Röntgenstrahlung erzeugen, wurden optimiert. So können bis zu 3e10 Röntgenphotonen pro Sterad und Laserimpuls mit einem Rauschen der Anzahl der Röntgenphotonen von ca. 5 Prozent produziert werden. Dazu wurde auch eine neue Methode entwickelt, um die Optiken der Röntgenerzeugung vor Debris zu schützen. Für die Dauer der Röntgenimpulse lässt sich aus den Anrege-Abtast-Experimenten eine Obergrenze von wenigen Pikosekunden festlegen. Für die Anrege-Abtast-Experimente mit Anregung im sichtbaren Spektralbereich und Abtastung im harten Röntgenbereich wurde ein Referenzierungsverfahren entwickelt, das bei einer Messzeit von etwa zehn Minuten pro Datenpunkt das Rauschen auf weniger als 0,2 Prozent reduziert. Es basiert auf hoch-orientiertem pyrolytischen Graphit (HOPG) als Referenzprobe. Eine Bestimmung des zeitlichen Nullpunkts dieser Experimente konnte mit transienter Röntgenbeugung an Gallium-Arsenid für verschiedene Anregungswellenlängen im sichtbaren Spektralbereich erreicht werden. Erste Testmessungen an 4-(Diisopropylamino)-benzonitril (DIABN) haben die Eignung der Anlage für Messungen an Molekülkristallen bewiesen, zeigen aber auch, dass die Photostabilität der Proben noch die Anwendbarkeit begrenzt. In einem weiteren Experiment wurde das Verhalten von Gallium-Arsenid nach optischer Anregung untersucht. Dabei wurde durch einen ultrakurzen Laserimpuls mit 800 nm Wellenlänge eine Schockwelle induziert, die lokal das Gitter des Halbleiters verändert. Mittels transienter Röntgenbeugungsexperimente konnten Aufbau und Bewegung dieser Schockwelle über einen großen Zeitbereich von 3 ns mit einer Auflösung im Pikosekundenbereich verfolgt werden. Für den Aufbau der Schockwelle konnte eine charakteristische Zeitkonstante von 47 ps gefunden werden. Die Bewegung der Schockwelle ins Innere des Halbleiters aus dem durch Röntgenbeugung erfassten Volumen erfolgte mit einer Zeitkonstante von 0,61 ns in guter Übereinstimmung mit theoretischen Abschätzungen. Bei einer Anregungswellenlänge von 400 nm wurde der Anstieg beschleunigt, während die Abklingzeitkonstante unverändert blieb.

Diese Doktorarbeit befasst sich mit der Erzeugung von künstlichen Magnetfeldern für ultrakalte Atome in optischen Gittern mithilfe von Laser-induziertem Tunneln sowie mit der ersten experimentellen Bestimmung der Chernzahl in einem nicht-elektronischen System. Kalte Atome in optischen Gittern lassen sich experimentell sehr gut kontrollieren, was sie zu guten Modellsystemen für die Simulation von Festkörpern macht, wobei die Atome die Rolle der Elektronen übernehmen. Allerdings können Magnetfeldeffekte in diesen Systemen nicht direkt im Experiment simuliert werden, da die Atome elektrisch neutral sind, weshalb auf sie keine Lorentzkraft wirkt. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wird eine neue Methode vorgestellt künstliche Magnetfelder basierend auf Laser-induziertem Tunneln zu erzeugen um somit die Physik geladener Teilchen in realen Magnetfeldern nachzuahmen. Dabei verursachen Laserstrahlen eine periodische Modulation der einzelnen Gitterplätze, deren Phase von der Gitterposition abhängt und dadurch zu komplexen Tunnelkopplungen führt. Ein Atom, welches sich entlang einer geschlossenen Bahn in diesem System bewegt, erfährt eine Phase, die als Aharonov-Bohm-Phase eines geladenen Teilchens in einem Magnetfeld interpretiert werden kann. Das modulierte Gitter wird durch einen zeitabhängigen Hamilton-Operator beschrieben, der typischerweise durch einen effektiven zeitunabhängigen Floquet Hamilton-Operator genähert wird. Im Rahmen dieser Arbeit wird darüber hinaus die vollständige Zeitabhängigkeit innerhalb einer Modulationsperiode beschrieben und mit den experimentellen Daten verglichen. Mithilfe des Laser-induzierten Tunnelns wurden alternierende sowie gleichgerichtete Magnetfelder im Experiment erzeugt, wobei letztere eine Realisierung des Harper-Hofstadter-Modells für einen Fluss Phi=pi/2 pro Gittereinheitszelle darstellen. Durch die Verwendung eines zusätzlichen Pseudospin-Freiheitsgrades konnte zudem der Spin-Hall-Effekt in einem optischen Gitter beobachtet werden. Unter Benutzung der einzigartigen Detektions- und Manipulationstechniken eines zweidimensionalen Übergitters konnte die Stärke und Verteilung des künstlichen Magnetfeldes auf lokaler Ebene durch die Beobachtung von Zyklotronorbits experimentell bestimmt werden. Die Bandstruktur in einem periodischen Potential mit externem Magnetfeld weist interessante topologische Eigenschafen auf, die durch Chernzahlen beschrieben werden, welche beispielsweise dem Quanten-Hall-Effekt zugrunde liegen. Um topologische Bandeigenschaften mit kalten Atomen beobachten zu können, wurden die genannten experimentellen Techniken weiterentwickelt. Mit einem neuen Aufbau, der nur auf optischen Potentialen beruht, konnte erstmals die Chernzahl in einem nicht-elektronischen System bestimmt werden. Die vorgestellten experimentellen Methoden eröffnen einzigartige Möglichkeiten die Eigenschaften von topologischen Materialien mit kalten Atomen in optischen Gittern zu untersuchen. Die Techniken wurden mit bosonischen Atomen implementiert, sie lassen sich allerdings ohne weiteres auch auf fermionische Systeme anwenden. / This thesis reports on the generation of artificial magnetic fields with ultracold atoms in optical lattice potentials using laser-assisted tunneling, as well as on the first Chern-number measurement in a non-electronic system. The high experimental controllability of cold atoms in optical lattices makes them suitable candidates to study condensed matter Hamiltonians, where the atoms play the role of the electrons. However, the observation of magnetic field effects in these systems is challenging because the atoms are charge neutral and do not experience a Lorentz force. In the context of this thesis a new experimental technique for the generation of effective magnetic fields with laser-assisted tunneling was demonstrated, which mimics the physics of charged particles in real magnetic fields. The applied laser beams create a periodic on-site modulation whose phase depends on the position in the lattice and leads to complex tunnel couplings. An atom that hops around a closed loop in this system picks up a non-zero phase, which is reminiscent of the Aharonov-Bohm phase acquired by a charged particle in a magnetic field. The corresponding time-dependent Hamiltonian is typically described in terms of an effective time-independent Floquet Hamiltonian. In this work a theoretical description of the underlying full-time dynamics that occurs within one driving period and goes beyond the simple time-independent picture is presented. In the experiment the laser-assisted-tunneling method was implemented for staggered as well as uniform flux distributions, where the latter is a realization of the Harper-Hofstadter model for a flux Phi=pi/2 per lattice unit cell. By exploiting an additional pseudo-spin degree of freedom the same experimental setup led to the observation of the spin Hall effect in an optical lattice. Using the unique experimental detection and manipulation techniques offered by a two-dimensional bichromatic superlattice potential the strength of the artificial magnetic field and its spatial distribution could be determined through the observation of quantum cyclotron orbits on the level of isolated four-site square plaquettes. The band structure in the presence of a uniform magnetic field is topologically non-trivial and is characterized by the Chern number, a 2D topological invariant, which is at the origin of the quantized Hall conductance observed in electronic systems. In order to probe the topology of the bands the techniques mentioned above were refined by developing a new all-optical laser-assisted tunneling setup, which enabled the first experimental determination of the Chern number in a non-electronic system. The presented measurements and techniques offer a unique setting to study the properties of topological systems with ultracold atoms. All experimental techniques that were developed in the context of this thesis with bosonic atoms can be directly applied to fermionic systems.

Flughäfen werden durch winterliche Wetterbedingungen maßgeblich beeinflusst. Schnee oder Eis auf Bewegungsflächen und Flugzeugen behindern, verzögern und gefährden den alltäglichen Ablauf und erfordern eine rechtzeitige Durchführung von Gegenmaßnahmen. Die exakte Erfassung und Vorhersage von Winterwetterverhältnissen sind die entscheidenden Faktoren, um Pünktlichkeit, Effizienz und Sicherheit in Winterwettersituationen am Flughafen aufrecht zu erhalten und den ökonomischen Schaden zu minimieren. In Zusammenarbeit mit dem Flughafen München wurde in der Abteilung Verkehrsmeteorologie des DLR-Instituts für Physik der Atmosphäre das Winterwetter- Nowcasting-System WHITE (Winter Hazards in Terminal Environment) entwickelt. WHITE ist ein automatisiertes System, das mehrere Datenquellen miteinander verbindet, um problematische Winterszenarien, wie Schnee, gefrierenden Niederschlag oder Vereisung, zu identifizieren. Dabei wird ein Ansatz gewählt, der die entscheidenden Parameter unterschiedlicher Szenarien anhand einer innovativen Fuzzy-Logik verknüpft und potentiell gefährliche Regionen klassifiziert. Diese gefährlichen Regionen werden anschließend zu Winterwetterobjekten zusammengefasst. So können sowohl der Niederschlagstyp als auch die Intensität des Winterwetters bestimmt werden. Da neben der Situationsanalyse in WHITE auch eine kurzfristige Vorhersage für maximal zwei Stunden erstellt wird, kann zudem eine Aussage über den Beginn und die Dauer problematischer Situationen getroffen werden. WHITE besitzt neben dem Nowcasting-System mit einem Participatory-Sensing- Ansatz ein weiteres Hauptelement. Dieser Ansatz nutzt die Fähigkeiten der Positionsbestimmung internetfähiger Mobilgeräte in Kombination mit der allgegenwärtigen Bereitschaft zur regelmäßigen Nutzung dieser Geräte. Dadurch werden Möglichkeiten eröffnet, die von der Optimierung der Leistungsfähigkeit und der Evaluierung bis hin zum erleichterten Umgang der Nutzer mit den Ergebnissen des Nowcasting-Systems reichen. In dieser Arbeit werden die Grundlagen, die Datenquellen und die Entwicklung des Nowcasting-Systems und des Participatory-Sensing-Ansatzes beschrieben. Zusätzlich werden die Ergebnisse zweier Testkampagnen in den Wintermonaten 2012/2013 und 2013/2014 gezeigt und die Leistungsfähigkeit / Winter weather is a decisive factor affecting the daily course of action at airports and causing delays or even safety hazards. Snow covered or iced aerodrome movement areas or aircraft require an initiation of counteractions on time. In order to minimize economic loss and to maintain safety, winter weather situations within an investigation area around an airport have to be detected and forecasted as precisely as possible. At the Department of Traffic Meteorology of the German Aerospace Center’s (DLR) Institute of Atmospheric Physics the winter weather nowcasting system WHITE (Winter Hazards In Terminal Environment) has been developed kindly supported by Munich Airport operations. Designed as an automated system WHITE assimilates multiple real-time data sources and assesses problematic winter weather aspects like the differentiation between snow and liquid precipitation, the identification of freezing precipitation and icing plus the rating of surface conditions. The innovative approach of WHITE, combining critical parameters for different predefined winter weather scenarios by means of Fuzzy Logic, classifying hazardous regions and generating winter weather objects, enables the determination of precipitation type and hazard’s intensity. By nowcasting the current situation over a period of two hours it is also possible to estimate the beginning and the duration of hazardous conditions within the investigation area. In addition to the nowcasting system a participatory sensing approach is integrated within WHITE as a second main issue. The idea of this user-centered approach is based on the recent spread of high-capacity sensor-equipped mobile phones and the pervasive willingness of using the devices. Performance optimization, output evaluation and simplified handling with the system’s output are the benefits resulting from the participatory sensing approach. In this work the basics, the data sources and development of the nowcasting system and of the participatory sensing approach are described. Additionally the results of two test campaigns during the winter months of 2012/2013 and 2013/2014 are shown and the system’s capability is demonstrated with the help of significant case studies.

Rydberg Atome sind auf Grund ihrer starken und kontrollierbaren Wechselwirkungen gut geeignet zur Quantensimulation von lang-reichweitig wechelwirkenden Systemen mit ultrakalten Atomen in optischen Gittern. In dieser Arbeit wird die Präparation und hochauflösende Abbildung von Rydberg Vielteilchensystemen demonstriert und die spontane Entstehung selbst-organisierter Ordnung beobachtet. In einer ersten Reihe von Experimenten wird die Ordnung in den post-selektierten Komponenten hoher Anregungsdichte bei hoher Temperatur untersucht. Die räumliche Konfiguration der Rydberg-Atome wird mit einer neuartigen Abbildungsmethode detektiert, die es ermöglicht die Position der individuellen Rydberg-Atome im Gitter durch Fluoreszenzabbildung der ehemaligen Rydberg-Atome nach dem Umpumpen in der Grundzustand zu bestimmen. Aus den gemessenen Rydberg-Positionen werden Korrelationsfunktionen berechnet und der Blockaderadius bestimmt. Für eine zweite Experimentreihe wird die Zeitabhängigkeit der optischen Kopplung an den Rydberg-Zustand kontrolliert. Zusammen mit der genauen Modellierung des Besetzungsmusters im optischen Gitter erlaubt dies die adiabatische Präparation von Rydberg Kristallen. Das System kann auch durch einen Ising Hamiltonian mit polynomialen Wechselwirkungen beschrieben werden, das diskutierte Szenario entspricht damit der Grundzustandspräparation in einem Quantenmagnet. Es werden Eigenschaften des kristallinen Grundzustands wie seine verschwindende Suszeptibilität und lokale Magnetisierungsdichten gemessen. Diese Arbeit stellt ein neue Stufe der Kontrolle über lang-reichweitig wechselwirkende Spin-Systeme dar und ebnet den Weg zur Quantensimulation mit Rydberg Atomen. / Rydberg atoms are well-suited for the quantum simulation of long-range interacting Hamiltonians with ultracold atoms in optical lattices due to their strong and switchable interactions. In this thesis we demonstrate the preparation and high-resolution imaging of Rydberg many-body systems and observe the spontaneous emergence of self-organized ordering. In a first series of experiments we investigate the ordering in the post-selected high-excitation-density components of high-temperature many-body states. The spatial configuration of Rydberg atoms is imaged by a novel detection technique, which allows to determine the position of individual Rydberg atoms in the lattice by fluorescence imaging of the former Rydberg atoms after depumping them to the ground state. From the measured Rydberg atom positions we calculate correlation functions and determine the blockade radius. In a second set of experiments we implement time-dependent control of the optical coupling to the Rydberg state. Combined with the precise shaping of the initial atom pattern in the lattice this allows for the adiabatic preparation of Rydberg crystals. Via a mapping to an Ising Hamiltonian with power-law interactions this scenario corresponds to the ground state preparation in a quantum magnet. We measure properties of the crystalline ground state such as its vanishing susceptibility and local magnetization densities. This work demonstrates a new level of control over long-range interacting spin systems and paves the way for Rydberg-based quantum simulation.

No description available.

Gravitational Lensing is a unique technique to investigate the dark matter distribution of structures in the Universe, from galaxies, through galaxy groups, clusters, up to the large-scale structure. It allows us to map the total projected mass density of structures acting as lenses, and thus to shed light on the distribution and properties of the otherwise-invisible dark matter. Clusters of galaxies are the largest virialized structures in the universe. Gravitational lensing analysis allows us to study their mass distribution in great detail. Weak lensing probes the mass distribution in the outskirts of clusters based on a statistical analysis of the shape distortion observed in hundreds of galaxies behind the cluster. Strong lensing, instead, allows us to reconstruct high resolution mass and magnification maps of the central region of the cluster. In addition, thanks to the lensing magnification of background sources, galaxy clusters act as "Gravitational Telescopes" and can be used to investigate the galaxy population of the early Universe at z>5. In the first part of my Thesis I use the CLASH and Frontier Fields cluster RXC J2248 to investigate sources at z~6. At such and higher redshift galaxies appear as optical dropouts, since the light they emit is redshifted to NIR wavelengths and no flux is observed in the UV and optical filters. I discovered a z~6 lensed galaxy in the core of RXC J2248 which appears as a quintuple lensed optical dropout in the 16 HST filters of the CLASH survey. I perform a detailed photometric analysis of these dropouts to verify that they present the same photometric properties and are actually multiple images of the same source. In addition, by performing the strong lensing analysis of the cluster core I verify that the lensing model supports the quintuple and z~6 nature of this system. In the second part of my Thesis I use strong gravitational analysis of the CLASH cluster A383 to probe the details of the mass distribution of galaxies in the cluster core. Well known luminosity scaling relations allow us to relate the physical properties as stellar velocity dispersion and size of the elliptical galaxies to their observed luminosity. However in clusters, galaxies suffer tidal stripping due to the interaction with other cluster members and the cluster dark matter halo. The goal of this work is to measure the galaxy halo sizes in a cluster core to quantify how much mass was stripped relative to field galaxies. Here I present a new approach to strong lensing analysis of clusters, in which I use measurements of cluster members' velocity dispersions as additional constraints in the lens modeling. I apply this analysis to Abell 383 to separate the galaxy mass content from the smooth dark matter mass component and investigate how the dark matter halo size scales with the galaxy luminosity in the cluster core. In addition I perform the surface brightness reconstruction of the southern giant arcs to improve constraints on close by individual galaxies and study possible deviations from the global scaling law measured for the cluster.

In this dissertation, we consider the origin of thermonuclear supernovae, known by their observational classification as type Ia (hereafter SNe Ia). In particular, we develop an entirely new means to test the ``single-degenerate'' hypothesis, in which the progenitors of these tremendous explosions are suggested to be hot and luminous accreting white dwarfs. We then strongly constrain the role of any such ``hot-mode'' SN Ia progenitor channel using both a population-based argument and an individual case study, before concluding with some more general considerations of nebulae ionized by accreting white dwarfs. Type Ia supernovae have now been the subject of intensive study for decades, particularly in light of their role as standard(-izable) candles in measuring cosmological distances. However, there remains no consensus model for the evolutionary channel(s) by which they originate. In the so-called ``double-degenerate'' scenario, a binary pair of white dwarfs shed angular momentum through gravitational-wave radiation, until they inspiral and merge, triggering an explosion. Alternatively, in the classic picture of the single-degenerate scenario, a white dwarf accretes hydrogen-rich material from some main sequence or red giant companion, and grows through nuclear burning of this material at its surface until reaching sufficient mass to trigger an explosion. This suggests that single-degenerate progenitors should be extremely luminous sources in the EUV and soft X-ray bands during the accretion phase (lasting $\sim 10^{5}$--$10^{6}$ years). For this reason, such objects are generally associated with observed ``supersoft X-ray sources'' (SSSs). Previous efforts to detect or constrain the role of any such channel have focused on detecting these objects directly in the soft X-ray band (photon energies in the range 0.3 -- 0.7 keV), either on an individual basis or as the combined emission of a diffuse population. Such an approach has yielded important constraints, but only if white dwarfs accrete principally at very high temperatures (T $\sim$ $5\times 10^{5}$K). However, observed SSSs are understood to lie in a broad range of temperatures, with a possible range of at least $2 \times 10^{5}$--$10^{6}$K, and some theoretical models suggest even lower temperatures are possible. This necessitates the development of an alternative, complimentary test which can constrain the luminosity of accreting white dwarfs across a wider range of photospheric temperatures. In this work, we demonstrate that if the single-degenerate model is correct, then accreting, nuclear-burning white dwarfs should provide the dominant source of ionizing radiation in passively-evolving galaxies, roughly 40\% of which are known to host extended low-ionization emission-line regions (so-called ``retired'' galaxies, i.e. emission-line galaxies without either a central AGN or significant ongoing star formation). Therefore, one can search for the presence of any high-temperature single-degenerate progenitor population in these galaxies by looking for emission lines characteristic of ionization by very high-temperature ($10^{5}$ K -- $10^{6}$ K) sources. In particular, we find that recombination lines of He II, and forbidden lines of [N I] and [O I], provide the most sensitive diagnostics in retired galaxies to assess the role of accreting white dwarfs as SN Ia progenitors in any ``{\bf hot}-mode'' (T $\gtrsim 1.2\times 10^{5}$K) accretion regime. Following this, we limit the contribution of any high-temperature single-degenerate channel to the SN Ia rate at relatively early delay-times (1 Gyr $\leq$ t $\leq$ 4 Gyr) to $<$~5--10\% (for T$\gtrsim 1.2\times 10^{5}$K) using He II 4686\AA\ and [O I] 6300\AA\ measurements from a stacked sample (provided by Dr Jonas Johansson) of several thousand retired galaxies in the Sloan Digital Sky Survey. We also discuss how these constraints, as well as the observed soft X-ray emission of several nearby galaxies, reveal fundamental problems in our present understanding of the population synthesis of SSSs and other accreting white dwarf binaries. We then revise the standard picture for the observational appearance of nebulae ionized by individual accreting white dwarfs, accounting for a more realistic assessment of the typical ISM densities in which such objects are likely embedded. We then provide the first formal justification for why so few SSS nebulae have been detected thus far, and demonstrate that a complete survey is within the means of modern large-aperture telescopes (such as ESO's Very Large Telescope). We then show how this approach can be extended to individual SNe Ia, by searching for fossil nebulae in the vicinity of nearby events. In particular, we use an archival pre-explosion narrow-band H$\alpha$ + [N II] image of the vicinity of SN2014J to place constraints on the luminosity of any putative high-temperature progenitor for SN2014J (such as an accreting white dwarf). / Diese Dissertation beschäftigt sich mit der Frage der Entstehung thermonuklearer Supernovae, welche die beobachtende Astronomie als Typ Ia Supernovae (im folgenden ”SNe Ia“) klassifiziert. Insbesondere wird in dieser Arbeit eine völlig neue Methode beschrieben, mit deren Hilfe sich die sogenannte ”einfach entartete“ Hypothese ¨uberpr¨ufen lässt. Nach dieser Hypothese entsteht eine SN Ia aus einem heißen und sehr leuchtkräftig, akkretierenden Weißen Zwerg. Anschließend kann die Bedeutung dieser Art der ”hot-mode“-SN Ia, sowohl durch ein Populationsargument als auch anhand eines Einzelbeispiels, stark eingeschränkt werden. Abschließend werden generelle Effekte der ionisierenden Wirkung akkretierender Weißer Zwerge auf Nebel erörtert. Typ Ia Supernovae sind seit Jahrzehnten Gegenstand intensiver Forschung, besonders aufgrund ihrer Eignung als ”Standardkerzen“ zur Messung kosmologischer Distanzen. Nichtsdestotrotz gibt es keinen Konsens bez¨uglich der Entwicklungspfade, die zu solchen Sternexplosionen f¨uhren. Das sogenannte ”zweifach entartete Szenario“ beschreibt den Drehimpulsverlust zweier Weißer Zwerge in einem Binärsystem durch die Abstrahlung von Gravitationswellen. Infolgedessen kommt es zur spiralförmigen Annäherung beider Weißer Zwerge, bis diese verschmelzen und damit die eigentliche Explosion auslösen. Im Gegensatz hierzu wird im klassischen ”einfach entartete Szenario“ einem Weißen Zwerg, der wasserstoffreiches Gas von einem Hauptreihenstern oder einem Roten Riesen akkretiert, durch nukleares Brennen dieses Materials an der Oberfläche des Weißen Zwerges, Masse zugef¨uhrt, bis dessen Masse einen kritischen Wert ¨ubersteigt, um die Explosion zu z¨unden. Als Konsequenz sollten diese Objekte während der Akkretionsphase (10^5−10^6 Jahre) im extremen Ultraviolett- (EUV) und weichen Röngtenspektralbereich äußerst leuchtkräftig sein. Solche Objekte werden im Allgemeinen mit beobachteten ”superweichen Röntgenquellen“ (SSSs) assoziiert. Bisherige Anstrengungen die Relevanz dieses Entwicklungspfades zu messen oder einzuschränken, konzentrierten sich immer auf die direkte Beobachtung dieser Objekte im weichen Röngtenspektralbereich (Photonenergien im Bereich von 0.3 - 0.7 keV), entweder durch Beobachtung einzelner Objekte oder der kombinierten Emission einer diffusen Population von Quellen. Dieser Ansatz liefert Einschränkungen, aber nur unter der Annahme, dass Weiße Zwerge Materie bei sehr hohen Temperaturen (T ∼ 5 × 105K) akkretieren. Jedoch fullen beobachtete SSSs einen weiten Temperaturbereich von 2×10^5K bis 10^6K aus, und zudem lassen einige theoretische Modelle noch niedrigere Temperaturen zu. Deshalb ist die Entwicklung eines alternativen, komplementären Tests, mit dem man die Leuchtkraft akkretierender Weißer Zwerge in einem breiteren Spektralbereich photosphärischer Temperaturen eingrenzen kann, notwendig. Diese Arbeit demonstriert, unter Annahme des ”einfach entarteten“ Modells, dass akkretierende, thermonuklear-brennende Weiße Zwerge den dominanten Anteil ionisierender Strahlungsquellen in ”passively-evolving“ Galaxien darstellen. Von etwa 40% dieser Galaxien ist bekannt, dass sie ”low-ionization emission-line regions“ beherbergen (auch als ”retired“ bezeichnet, d. h. ”emission-line galaxies“ entweder ohne aktiven Galaxienkern (AGN) oder ohne signifikante Sternentstehungsrate). Folglich können solche Galaxien auf eine heiße ”einfach entartete“ Sternpopulation untersucht werden, indem nach Emissionslinien gesucht wird, die charakteristisch für die Ionisation durch Objekte mit hohen Temperturen (10^5K - 10^6K) sind. Insbesondere zeigt sich, dass die Rekombinationslinien von He II und die verbotene ¨Ubergänge von [N I] und [O I], die genauesten diagnostischen Größen in diesen ”retired“ Galaxien darstellen, um die Rolle der, im ”hot-mode“ (T > 1.2×105K) akkretierenden Weißen Zwerge, als Vorläufer von Typ Ia SNe zu beurteilen. Diesem Ansatz folgend, kann der Anteil des hochtemperatur-”einfach entarteten“-Entwicklungspfades an der Supernovarate vom Typ Ia zu relativ frühen ”delay-times“ (1Gyr ≤ t ≤ 4Gyr) auf < ∼ 5– 10% (für T > 1.2×105K) beschränkt werden, unter Verwendung von He II 4686°A- und [OI] 6300°A-Messungen in einem kombinierten Satz von einigen tausend ”retired“ Galaxien aus dem Sloan Digital Sky Survey (zur Verf¨ugung gestellt von Dr. Jonas Johansson). Außerdem diskutiert diese Arbeit, wie die gefundenen Obergrenzen und die beobachtete weiche Röntgenemission einiger naher Galaxien fundamentale Probleme im Verständnis der Populationssynthese von SSSs und anderen akkretierenden Binärsystemen mit Weißen Zwergen aufzeigen. Im Weiteren wird die gängige Theorie eines durch einen akkretierenden Weißen Zwerg ionisierten Nebels verfeinert, wobei eine realistischere Abschätzung typischer ISM-Dichten, in denen das Objekt mit großer Wahrscheinlichkeit eingebettet ist, verwendet wird. Damit kann zum ersten Mal rigoros gezeigt werden, weshalb so wenige SSS-Nebel beobachtet wurden und dass eine allumfassende Studie mit heutigen, modernen Teleskopen (beispielsweise das ”Very Large Telescope“ der ESO) möglich ist. Es zeigt sich außerdem, dass dieser Ansatz auf einzelne SN Ia erweitert werden kann, indem nach fossilen Nebeln in der Umgebung eines nahen Ereignisses gesucht wird. Insbesondere wurden schmalbandige Hα+[N II]-Archivaufnahmen der Umgebung von SN2014J verwendet, um die Leuchtkraft eines potentielle Hochtemperatur-Vorläufersterns einzuschränken.

Diese Arbeit beschreibt die erste direkte Messung des CKM-Matrixelements |V_ts|. Sie basiert auf Daten, die im Jahr 2012 mit dem ATLAS Detektor bei √s = 8 TeV pp-Kollisionen und einer integrierten Luminosität von 20.3 fb⁻¹ aufgezeichnet wurden. Insgesamt sind 112171 mögliche tt̅-Ereignisse im Lepton+Jets-Kanal mit einer Reinheit von 90.0 % rekonstruierbar, die für die Hauptanalyse zur Verfügung stehen. Laut Vorhersage zerfallen hiervon 183 Ereignisse über tt̅→WWbs̅ (inkl. Ladungskonjugation) und können für die Bestimmung des Betragsquadrats |V_ts|² verwendet werden. Für eine Identifikation dieser seltenen Zerfälle werden verschiedenste Observablen untersucht, wie z.B. die Eigenschaften von Jets und Tracks sowie von b-Quark Identifikationsmethoden. Darüber hinaus werden Hadronen von s-Quarks betrachtet, die K0s Teilchen, die über einen kinematischen Fit rekonstruiert werden. Die Observablen mit den besten Eigenschaften werden anschließend in einer multivariaten Analyse ("Boosted decision trees") zu einer einzigen zusammengefasst. Die dazugehörigen Monte-Carlo-Simulationen werden dann als Template für eine Beschreibung der Daten verwendet, was als Ergebnis zu einem Signifikanz-Wert von 0.7σ für t→s+W Zerfälle führt. Insgesamt ergibt sich ein oberes Limit von |V_ts|² < 1.74 %. Dieses wurde bezüglich eines Vertrauensbereiches von 95 % bestimmt, unter Berücksichtigung sämtlicher systematischen und statischen Unsicherheiten. Diese Arbeit, basierend auf einer direkten Messung des CKM-Matrixelements |V_ts|², führt somit zum bisher besten direkten Limit für |V_ts|². / This is the first direct measurement of the CKM matrix element |V_ts|, using data collected by the ATLAS detector in 2012 at √s=8 TeV pp-collisions with a total integrated luminosity of 20.3 fb⁻¹. The analysis is based on 112171 reconstructed tt̅ candidate events in the lepton+jets channel, having a purity of 90.0 %. 183 tt̅→WWbs̅ decays are expected (charge conjugation implied), which are available for the extraction of the CKM matrix element |V_ts|². To identify these rare decays, several observables are examined, such as the properties of jets, tracks and of b-quark identification algorithms. Furthermore, the s-quark hadrons K0s are considered, reconstructed by a kinematic fit. The best observables are combined in a multivariate analysis, called "boosted decision trees". The responses from Monte Carlo simulations are used as templates for a fit to data events yielding a significance value of 0.7σ for t→s+W decays. An upper limit of |V_ts|² < 1.74 % at 95 % confidence level is set, including all systematic and statistical uncertainties. So this analysis, using a direct measurement of the CKM matrix element |V_ts|², provides the best direct limit on |V_ts|² up to now.