Nach jahrelanger Suche hat sich bis heute Stringtheorie als einziger Kandidat einer konsistenten Quantentheorie der Gravitation herauskristallisiert. Um aus der Stringtheorie präzise Vorhersagen für unsere Niederenergiewelt zu gewinnen, ist es notwendig, das Vakuumproblem zu lösen, das heißt einen Mechanismus zu finden, der aufzeigt, in welchem Stringvakuum wir leben und warum die Natur dieses ausgewählt hat. Die Beantwortung dieser Frage benötigt nicht-perturbative Informationen.Diese wurden erst in jüngster Zeit zugänglich. Eine besondere Rolle in dieser Entwicklung spielten die sogenannten D-branes. Sie stellen mögliche nicht-perturbative Beiträge zu Stringamplituden dar. Die Identifizierung, daß D-branes einfach Objekte sind, auf denen Strings enden können, ermöglicht sie zu handhaben und zu zeigen, daß ihre Dynamik im wesentlichen durch Eichtheorien erfaßt wird. D-branes erlaubten, zahlreiche Dualit\ätssymmetrien zu etablieren, deren Haupta ussage zu sein scheint, daß alle 5 Stringtheorien sowie 11d Supergravitation nur verschiedene perturbative Limites einer fundamentalen 11d Theorie sind, T-Theorie. In dieser Arbeit habe ich mich mit einigen Anwendungen dieser Ideen beschäftigt. Die Tatsache, daß D-branes durch Super Yang-Mills Theorien beschrieben werden, erlaubt uns einen Stringhintergrund derart zu präparieren, daß wir nahezu jede Eichtheorie als relevante Niederenergiebeschreibung erhalten können. Eine besonders verbreitete Variante dieser Idee sind die sogenannten ``Hanany Witten setups'', in denen dieser Stringhintergrund nur aus flachen branes im flachen Raum besteht. Mit Hilfe dieser Technik habe ich verschiedene Dualitätssymmetrien in Feldtheorien auf Stringdualitäten zurückgeführt. Ferner ist es möglich, mit Hilfe der branes die Existenz nicht trivialer Fixpunkt Theorien in sechs Dimensionen zu beweisen und einige ihrer Eigenschaften zu analysieren. Einige dieser Fixpunkte beschreiben Phasenübergänge zwischen verschiedenen brane Hintergründen. Unter anderem läßt es sich auf diese Weise zeigen, daß es in 4 Dimensionen Übergänge zwischen chiralen und nicht chiralen Vacua gibt. Ferner wurde gezeigt, daß alle anderen Zugänge zu dem Problem, Eichtheorien in Stringtheorie einzubetten, im wesentlichen äquivalent zum HW Ansatz sind, in dem Sinn, daß die entsprechenden Stringhintergründe dual zueinander sind. Dadurch können neue Aspekte der String T-Dualität verstanden werden, so wie z.B. T-Dualitäat für brane Segmente und gebogene branes.Außerdem erlaubt uns diese Verbindung, die Phasenübergänge, die wir im HW Bild entdeckt haben, tatsächlich als Übergänge zwischen topologisch verschiedenen Stringkompaktifizierungen zu verst ehen. / In this thesis I discussed several applications of the connection of non-perturbative string theory and SYM theory. In Chapter 1 I reviewed the physics of D-branes as one example of a non-perturbative effect in string theory. Their dynamics is dominated by gauge theory. This fact can be used to engineer certain string backgrounds which yield interacting SYM theories as their low-energy description. In Chapter 2 I then introduced one of the approaches in detail, the HW setup. I gave a summary of the identification of the classical gauge theory, showed how quantum effects manifest themselves in the brane picture and how to solve them. This way of embedding gauge theories into string theories has several interesting applications. These were the topic of Chapter 3. First I discussed dualities in field theory and showed how they arise as a natural consequence of string duality. As a second application I used branes to prove the existence of non-trivial fixed point theories in 6 dimensions and to study their properties. Some of these fixed points describe phase transitions between two different brane configurations. From a 4d point of view these 6d transitions can induce a chiral non-chiral transition. In Chapter 4 I discussed the relation of the HW setup with the other approaches of embedding gauge theory into string theory, especially the branes as probes approach. The different ways of embedding gauge theories in string theory are shown to be actually T-dual as string backgrounds. For one this allowed us to explore several new aspects of T-duality, like T-duality for bended branes and branes endin g on branes. In addition this relation can be used to show that the transitions found in the brane picture can as well be understood as transitions between topologically distinct compactifications of string theory. Some open problems and directions for further research were mentioned in Chapter 5.

Die physikalischen Kräfte in der Natur werden durch zwei fundamentale Theorien be- schrieben: Das Standard Modell der Elementarteilchenphysik kann die Wechselwirkun- gen zwischen Elementarteilchen, also die Physik auf mikroskopischer Skala, erklären. Das Gegenstück ist die allgemeine Relativitätstheorie, die die Physik auf makrokopischen, kosmologischen Skalen widergibt. Eine fundamentale Frage an die theoretische Physik ist es, diese beiden Theorien zu vereinigen. String Theorie ist ein Kandidat für eine solche vereinheitlichende Theorie. In den letzten Jahren wurden große Fortschritte auf diesem Gebiet erzielt. Zum ersten Mal wurde es möglich, in den starken Kopplungsbereich vorzudringen. Das Mittel, das hier benutzt wird, sind die sogenannten Dualitätssymmetrien, die den starken Kopplungs- bereich einer Theorie in den schwachen Kopplungsbereich einer anderen Theorie abbilden. Man glaubt, daß letztendlich die bekannten konsistenten Stringtheorien lediglich unter- schiedliche perturbative Limites einer fundamentalen Theorie, der M- oder F-Theorie, sind. Außerdem wurde klar, daß Stringtheorien nicht nur eindimensional ausgedehnte Objekte, die Strings, enthalten, sondern auch höherdimensionale "Branen". Die Masse dieser Objekte ist bei schwacher Stringkopplung sehr groß, bei starker Kopplung geht ihre Masse hingegen gegen 0. Dualitätssymmetrien können Strings und höherdimensionale Branen in Beziehung setzen. Diese Arbeit ist einigen Anwendungen der Branen gewidmet. Im Niederenergielimes ist die Weltvolumentheorie solcher Branen durch eine Feldtheorie gegeben. Dies wird benutzt, um Eigenschaften von Feldtheorien im Stringtheorie-Kontext zu reproduzieren. In Kapitel 2 verwenden wir bestimmte Konfigurationen von sich im Raum schneidenden Branen, um Theorien mit (0; 1) Supersymmetrie in sechs Dimensionen zu studieren. Von der Feldtheorieseite her ergibt sich die Anomaliefreiheit als Konsistenzbedingung an chirale Theorien. Diese Bedingung kann in der String-Theorie als Ladungserhaltung von dort auftretenden Eichpotentialen reproduziert werden, d.h. als eine Konsistenzbedingung an die möglichen Branenkonfigurationen. Das Kapitel 3 beschäftigt sich mit Matrix-Modellen. Hierbei handelt es sich um einen Vorschlag, wie die fundamentale M-Theorie formuliert werden könnte. M-Theorie in der Lichtkegel-Eichung soll durch ein quantenmechanisches Modell erfaßt werden. Die Kompaktifizierungen von M-Theorie werden durch niederdimensionale Feldtheorien beschrieben, die wiederum als Feldtheorien auf Branen interpretiert werden können. Wir befassen uns mit der Kompaktifizierung von Matrix-Theorien auf Tori und diskutieren hierbei insbeson- dere Probleme, die bei Kompaktifizierungen auf sechs dimensionalen Tori auftreten. Hier scheint es { anders als für niederdimensionalere Tori und genau wie für höherdimensionale Tori { keine Beschreibung als niederdimensionale Feldtheorie zu geben. Das letzte Kapitel behandelt die Kompaktifizierung von M- bzw F-Theorie auf Calabi- Yau 4-Mannigfaltigkeiten. Dies führt auf den phänomenologisch relevanten Fall von N = 1 Supersymmetrie in vier Dimensionen. Es wird gezeigt, daß topologisch ver- schiedene Calabi-Yau Mannigfaltigkeiten durch Übergänge über singuläre Konfiguratio- nen verbunden werden können. Die Vakua, die durch Kompaktifizierung auf den durch die Singularität verbundenen Mannigfaltigkeiten erhalten werden, haben physikalisch un- terschiedliche Eigenschaften. So können gewisse Divisoren, die durch Ausglätten der Singularität entstehen, zur Folge haben, daß ein nicht-perturbatives Superpotential durch Branen erzeugt wird, die sich um die betreffenden Divisoren herumwickeln.

Die Berechnung von Größen der QCD erfordert bei kleinen Energien nichtperturbative Methoden, da die energieabhängige Kopplungskonstante dort groß ist. Monte Carlo Simulationen der Gittereichtheorie sind dafür geeignet. Perturbative Methoden können bei großen Energien verwendet werden, da dort die Kopplungskonstante klein ist. Die ALPHA-Kollaboration hat sich zum Ziel gesetzt, den Nieder- und Hochenergiebereich der QCD in Verbindung zu setzen. Das Schrödinger-Funktional ermöglicht die Definition einer Kopplungskonstanten, deren Energieabhängigkeit nichtperturbativ mit Hilfe von Monte Carlo Simulationen mit hoher numerischer Präzision bestimmt werden kann. Die Berechnung von Lambda Parametern und der allgemein bei großen Energien verwendeten Kopplungskonstante alpha-MS-bar erfordert störungstheoretische Relationen. In der vorliegenden Arbeit ist der Zwei-Loop Koeffizient der Entwicklung der Schrödinger-Funktional Kopplung in die nackte Gitterkopplung für die SU(3) Yang-Mills Theorie berechnet worden. Mit Hilfe dieses Koeffizienten kann der Lambda Parameter der QCD ohne Fermionen aus der numerisch bestimmten Kopplung mit einem im Vergleich zu dem numerischen Fehler zu vernachlässigenden systematischen Fehler bestimmt werden. Der zweite universelle Koeffizient der Callan-Symanzik beta-Funktion konnte im Rahmen dieser Arbeit in der Gitterregularisierung reproduziert werden. Der ebenfalls bestimmte Zwei-Loop Verbesserungskoeffizient vereinfacht die nichtperturbative Bestimmung von verschiedenen Größen die mit Hilfe des Schrödinger-Funktionals definiert sind. / The calculation of observables at low energies in QCD requires non-perturbative methods since the energy-dependent coupling constant is large there. Monte-Carlo simulations of lattice gauge theory are well-suited for this task. Perturbative methods can be used to determine observables at high energies, because the coupling constant is small there. The ALPHA collaboration has the aim to connect the low and high energy regimes of QCD. The Schrödinger-functional allows for the definition of a coupling constant, whose energy dependence can be determined non-perturbatively with the help of Monte-Carlo simulations of lattice gauge theory with high numerical precision. The calculation of Lambda parameters and the commonly used coupling constant alpha-MS-bare requires perturbative relations at high energies. In the present work the two-loop coefficient of the expansion of the Schrödinger-functional coupling into the bare lattice coupling of SU(3) Yang Mills theory is calculated. With the help of this coefficient the Lambda parameter of QCD without fermions can be calculated from the numerically determined coupling with systematic errors that are small compared to statistical ones. The second universal coefficient of the Callan-Symanzik beta-function is reproduced in the context of this work in the lattice regularisation. Furthermore the determined two-loop improvement coefficient can be used in the non-perturbative determination of various observables defined within the framework of the Schrödinger-functional.

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Unter den Methoden zur Suche nach Neutrino Ereignissen in IceCube versprechen Suchen nach Teilchenschauern, sogenannten Kaskaden eine gute Energieauflösung und einen verhätlnismässig geringen atmosphärischen Untergrund. Dadurch erreichen solche Suchen eine hohe Sensitivität für einen extraterrestrischen Neutrino Fluss. Bisher beschränkte sich die Suche nach solchen Ereignissen auf solche in einer inneren Region des IceCube Detektors. Das Detektorvolumen am Rand wurde bisher benutzt um den Untergrund von einfallenden atmosphärischen Muonen zu Unterdrücken. Diese Dissertation präsentiert eine Analyse von 2 Jahren IceCube Daten und demonstriert die Möglichkeit, diese Veto Region für die Suche nach kaskadenartigen Ereignissen zu nutzen. Dadurch wird das nutzbare Detektorvolumen um « 80% vergrößert und die Statistik im hochenergetischen Bereich des Neutrino Spektrums durch das Hinzufügen von 18 Neutrino Kandidaten im Energiebereich von 34 - 578 TeV erhöht. Das Ergebnis ist in Übereinstimmung mit dem etablierten Nachweis eines extraterrestrischen Neutrino Flusses, eine reine Untergrund Hypothese kan mit 2.7 sigma verworfen werden und die Daten favorisieren einen extraterrestrischen Neutrino Fluss mit einem ungebrochen Potenzgesetz mit einem Index von γ ^ 2.50+-0.28 in guter Übereinstimmung mit bisherigen Ergebnissen von IceCube. / Among the analysis strategies used in IceCube, searches for neutrinoinduced particle showers, so called cascades, provide good energy resolution and a relative low atmospheric background. Therefore, they provide large sensitivity to the extraterrestrial neutrino flux. Previously, these searches have been constrained to neutrino interactions in a center region of the instrumented volume. The volume at the border and surrounding the detector was needed to veto the incident atmospheric muon background. This dissertation presents an analysis of two years of IceCube data and demonstrates the feasibility of using the veto region for cascade searches. This increases the usable detector volume by « 80% and improves the statistic in the high-energy tail of the neutrino spectrum by adding 18 neutrino candidates in the energy range from 34 to 576 TeV. The result is supports the established evidence for the extraterrestrial neutrino flux by rejecting the pure atmospheric background hypothesis at the 2.7 sigma level, the data prefers an extraterrestrial neutrino flux with a featureless power law with an index of γ^2.50+-0.28 well in agreement with previous IceCube results.

In dieser Arbeit stellen wir verschiedene Tests der (M)atrixtheorie-Vermutung vor. Die (M)atrixtheorievermutung besagt, dass die Dynamik von M-Theorie, der Urtheorie, die alle bekannten Stringtheorien und auch elfdimensionale Supergravitation als bestimmte Grenzfaelle enthalten soll, durch ein quantenmechanisches Matrixmodell gegeben ist. Insbesondere untersuchen wir Streuprozesse sowohl aus Sicht des Matrixmodells, als auch aus Sicht der Supergravitation, und vergleichen die resultierenden S-Matrixelemente. Wir finden beeindruckende Uebereinstimmung zwischen den beiden Theorien, solange wir uns auf klassische Supergravitation beschraenken. Sobald wir auch Quanteneffekte auf der Supergravitationsseite einbeziehen, hat diese Uebereinstimmung keinen Bestand. Des weiteren untersuchen wir die Frage, ob Loesungen der klassischen Matrixmodell-Bewegungsgleichungen mit Impulsuebertrag existieren, und finden eine negative Antwort. / In this thesis, we present several tests of the M(atrix)-Model conjecture that asserts that the dynamics of M-Theory, the eleven-dimensional Ur-theory containing all known string theories and also eleven-dimensional supergravity in specific limits, is given by a quantum mechanical matrix model. In particular, scattering processes are analyzed both from the M(atrix)-Model and from the supergravity perspective and the corresponding S-matrix elements are compared. We find impressive agreement between these two theories as long as only classical supergravity is considered. If one includes also quantum effects on the supergravity side, the agreement does not persist. In addition to these calculations, the question of the existence of classical solutions to the M(atrix)-Model equations of motion with momentum transfer is addressed and answered negatively.

Diese Doktorarbeit beschäftigt sich mit theoretischen Aspekten der Wellenleiterelektrodynamik (WQED), also mit der Wechselwirkung von Materie und Licht, welches nur in einer Dimension propagieren kann. Dieses Forschungsfeld erfreut sich seit seiner Entstehung in den 1990er Jahren wachsender Beliebtheit, der Grund hierfür sind die mannigfaltigen Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise bei der Konstruktion von Quantencomputern als auch von klassischen Computern. Auch Vorschläge für sogenannte Pump-Probe-Experimente auf der Basis der WQED sind Gegenstand der aktuellen Forschung.\\ All diese Gebiete sind darauf angewiesen, die zugrunde liegenden Prinzipien zu verstehen, diese Arbeit soll einen Beitrag dazu leisten. Hierzu haben wir einen Formalismus entwickelt, der auf Feynman-Diagrammen fußt. Das erste physikalische Modellsystem, welches hiermit untersucht wurde, besteht aus einem 1D-Wellenleiter und einem daran gekoppelten Zwei-Nievau-Atom (ZNA). Dies erlaubte uns, bekannte Rechnungen physikalisch transparenter und mathematisch kompakter zu reproduzieren und auf beliebige Disperisonsrelationen zu erweitern. Wir nachweisen, dass die Näherung einer linearen Dispersion in vielen Fällen unzureichend ist, um bestimmte interessante Effekte (beispielsweise gebundene Atom-Photon-Zustände) zu verstehen. Im zweiten Teil der Arbeit wurde das System um ein zweites ZNA erweitert, was zum Auftreten von Fluktuationskräften führt. Diese wurden anhand des Beispiels der Förster Energie untersucht, welche den strahlungsfreien Anteil des Energietransfers beschreibt. Es wurde nachgewiesen, dass dies für unser Modellsystem im Rahmen der RWA der einzig relevante Anteil ist und ausserdem nur für beschränkte Dispersionsrelationen existiert. Wir konnten zeigen, dass sowohl die Stärke als auch die Form der zugehörigen Potentiale stark vom Anfangszustand des Systems abhängt. Dies eröffnet interessante Perspektiven für die Erzeugung maßgeschneiderter Kraftprofile zwischen beiden Atomen. / This PhD Thesis deals with the theoretical aspects of the so called waveguide quantum electrodynamics (WQED). This part of physics deals with the interaction of matter and light which is confined to just one spatial dimension. This area of science experiences growing importance since its formation in the 1990s. The main reason for this are the diverse application possibilities such as the construction of quantum computers as well as classical computers on an optical basis. Furthermore pump-probe experiments using WQED are a promising direction of current research. All this topics are relying on a exact understanding of the underlying physical processes and this thesis shall make a contribution to this. For this purpose we developed a formalism, which relies on Feynman diagrams. The first model system which was investigated in this context consists of a 1D optical waveguide coupled to a two level system (TLS). We where able to reproduce many known results in a physically more transparent and mathematically more compact fashion. Furthermore we generalized this results to arbitrary dispersion relation and showed that the approximation of a linear dispersion is insufficient to describe many physical effects, like atom-photon bound states for example.\\ In the second part of this work we generalized the model system by adding an additional TLS, which supports the occurrence of fluctuation forces. Those where investigated in great detail at the example of the Förster energy, which describes the radiationless part of energy fluctuations. It was shown that this is the only relevant contribution as long as the RWA is valid and only occurs for bounded dispersion relations. We proved that the strength as well as the shape of the corresponding potential strongly depends on the initial state of the system, which opens interesting perspectives for the creation of tailored force profiles between both atoms. All calculations where done analytically as well as numerically.

Das Ziel der vorgelegten Arbeit ist die Messung des Wirkungsquerschnittes der elektroschwach vermittelten Produktion einzelner Top Quarks in Assoziation mit einem W-Boson. Dieser Prozess wird auch abkürzend als Wt-Kanal bezeichnet. Die Vermessung dieses Produktionskanals stellt einen Test der Standardmodell-Vorhersage dar und bietet gleichzeitig die Möglichkeit durch einen Vergleich mit anderen Produktionskanälen für einzelne Top Quarks (t- und s-Kanal) Rückschlüsse auf neue Physik jenseits des Standardmodells zu ziehen. Nach einer allgemeinen Einführung zur Physik des Top Quarks folgt eine Beschreibung der für die Detektion und Rekonstruktion physikalischer Objekte wichtigen Systeme des ATLAS-Detektors.Anschlie{\ss}end wird die Analyse der Proton-Proton-Kollisions Daten die im Jahr 2011 vom ATLAS Detektor am Large Hadron Collider (LHC) augzeichnet wurden präsentiert.Diese Daten wurden bei einer Schwerpunktsenergie von 7 TeV aufgezeichnet und haben einen Umfang von 4.7 inverse femtobarn.Da die Produktionsrate des Wt-Kanals am LHC sehr klein im Vergleich zu seinem Hauptuntergrund ist, wurde ein Chi-Quadrat-basierter kinematischer Fit entwickelt um die Identifikation der Signalereignisse zu begünstigen. Hierbei werden W-Boson und Top-Quark aus den Endzustandsteilchen rekonstruiert und durch Bedingungen hinsichtlich der W-Boson und Top Quark Masse evaluiert. Der errechnete Chi-Quadrat-Wert gibt die Wahrscheinlichkeit an, mit der das einzelne Ereignis mit der Signal-Hypothese übereinstimmt und kann als Schnittvariable verwendet werden um eine striktere Ereignisselektion zu erhalten. Die Messung ist von systematischen Unsicherheiten dominiert, die fast 100 % des gemessenen Wirkungsquerschnitts betragen. / The work reported in this thesis is aimed at measuring the cross section of electroweak single top quark production in association with a W boson, a process also referred to as Wt-channel. The interest in this production mechanism relies in the confirmation of the Standard Model predictions together with the possibility of identifying new physics phenomena when comparing its cross section with the one of the other single top production modes (the t- and s-channel.) After providing a general introduction on the physics of the top quark and a description of the experimental setup employed for the detection and the reconstruction of the physics objects, the analysis of 4.7 femtobarn of proton-proton collision data at a centre-of-mass energy of 7 TeV, recorded by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider in the year 2011, is presentedSince the Wt channel production rate at the LHC is considerably smaller than its main background, a chi-squared based kinematic fit has been developed to help the identification of the signal events allowing the use of simultaneous mass constraints from the W boson and the top quark populating the final states. The chi-squared value in each event is then used as a parameter to rank the event in terms of its probability to match or not the signal hypothesis and a cut on its value is used to implement a first tight event selection. The final selection step consists of requiring that the system composed by the top quark and the W boson reconstructed by the fit is balanced in the transverse plane. The measurement is found to be dominated by the systematic uncertainties which affect it by an amount close to 100% of the cross section value.

Blazare sind aktive galaktische Kerne mit relativistischen Plasmajets, deren Symmetrieachse in Richtung Erde zeigt. Sie sind primäre Kandidaten für die Produktion von hochenergetischen Neutrinos. Diese Arbeit umfasst die Suche nach einem kumulativen Neutrinofluss von allen 862 Fermi-LAT 2LAC Blazaren und vier spektral ausgewählten Unterpopulationen. Selektierte Myonspuren aus drei Jahren IceCubedaten werden mit einer ungebinnten "Stacking"-Punktquellenanalyse untersucht. Zwei unterschiedliche Gewichtungen werden benutzt, um den unbekannten relativen Anteil jeder Quelle am Gesamtneutrinofluss der jeweiligen Population zu berücksichtigen. Neun der zehn resultierenden Tests zeigen leichte Überfluktuationen, von denen keine statistisch signifikant ist. Das Ergebnis erlaubt es, den Maximalanteil der 2LAC-Blazare zum kürzlich entdeckten astrophysikalischen TeV-PeV Neutrinofluss auf 23% einzuschränken. Diese Grenze gilt unter der Annahme des momentan favorisierten Spektralindex des astrophysikalischen Neutrinoflusses von -2.5 und bei einem Flavorverhältnis von 1:1:1 bei Erreichen der Erde. Die Ergebnisse erfordern keine rein hadronische Produktion der beobachteten Gammastrahlung und bleiben, bis auf einen Faktor zwei, für moderat härtere Spektren oder für kleinere Unterpopulationen, wie z.b. die GeV-detektierten TeVCat Quellen, gültig. Zusätzlich werden obere Flussgrenzen für generische Spektren, die einem Potenzgesetz folgen, sowie für konkrete spektrale Modelle der diffusen Neutrinoemission von Blazaren, ausgerechnet. 12 von 14 dieser Modelle können eingeschränkt oder ausgeschlossen werden. Wenn die größte Überfluktuation als physikalischer Effekt interpretiert wird, findet man einen weichen Fluss in der 5-10 TeV Region, welcher mit Gammastrahlenbeobachtungen kompatibel ist. Mehr Daten sind bereits verfügbar und erlauben es, dieses Szenario in der nahen Zukunft zu testen. / Blazars are active galactic nuclei with relativistic plasma jets whose symmetry axis is pointing towards Earth. They are a prime source candidate for the production of high-energy neutrinos. This work describes the search for a cumulative neutrino flux from all 862 Fermi-LAT 2LAC blazars and four spectrally defined sub-populations. Selected muon-track events from three years of IceCube data are analyzed with an unbinned likelihood stacking approach. Two different weighting schemes are used to account for the unknown relative flux contributions of each source. Nine of ten tests show slight overfluctuations, none of which are statistically significant. An upper flux limit is calculated constraining the maximal contribution of the 2LAC blazars to the recently discovered diffuse TeV-PeV neutrino flux to be 23% or less assuming the currently favored spectral index for the astrophysical flux of around −2.5 and an equal composition of neutrino flavors arriving at Earth. The results do not require a purely hadronic production of the observed gamma rays and remain valid for moderately harder spectra or smaller sub-populations, e.g. the TeVCat sub-sample, up to a factor of around 2. Additionally, upper limits are calculated for generic power-law spectra and for concrete spectral models of the diffuse neutrino emission of blazar populations. 12 out of 14 of these models are either constrained or excluded. If the largest overfluctuation is interpreted as a physics effect, one finds a soft flux in the 5-10 TeV region that is compatible with gamma-ray observations. Further years of data are already available which makes this scenario testable in the near future. If confirmed, blazars might become the first known extragalactic hadronic acceleration site.

Aktive galaktische Kerne (AGN) gehören zu den besten Quellkandidaten der hochenergetischen kosmischen Strahlung. Es wird erwartet, dass hochenergetische Neutrinos durch Interaktion der kosmischen Strahlung mit Materie oder Photonfeldern in der Nähe der Quellen erzeugt werden. Der resultierende Neutrinofluss kann dieselbe Zeitvariabilität aufweisen wie elektromagnetische Strahlung die von diesen Quellen emittiert wird. Diese Zeitvariabiltät kann in Neutrinoanalysen zusätzlich zu Energie-und Ortsinformationen benutzt werden, um die Detektionswahrscheinlichkeit zu erhöhen. Im Rahmen dieser Arbeit werden zwei neue Methoden entwickelt, welche benutzt werden um nach Neutrino-flares in Aktiven Galaktischen Kernen zu suchen: Die Multi-flare und Multi-flare-Stacking-Methode. Die Multi-flare-Methode ist so entworfen, dass sie nicht nur sensitiv auf einen hellen Flare ist, sondern auch auf weitere schwächere Flares welche normalerweise individuell nicht detektiert werden können. Die Multi-Flare-Methode benötigt keine Zeitkoinzidenz mit Ausbrüchen im elektromagnetischen Spektrum. Sie ist auch sensitiv auf unkorrelierter Neutrinoemission mit unterschiedlicher Dauer der einzelnen Flares, was in einigen Emissionsmodellen vorkommt. Die Multi-Flare-Stacking-Methode ist eine Erweiterung der Multi-Flare-Methode auf zusätzliche Quellen. In ihr werden mehrere schwache, variable Quellen, welche individuell zu schwach sein können um detektiert zu werden, zusammen mit der Stackingmethode analysiert. Die beiden Analysemethoden werden auf eine vorselektierte Liste von Aktiven Galaktischen Kernen angewandt. Hierfür werden drei Jahre Daten des IceCube Neutrinoteleskops verwendet (Mai 2009-June-2012). Kein statistisch signfikanter Neutrinoflare wurde gefunden und obere Fluenzgrenzen f ̈ur jede der Quellen werden ausgerechnet. Diese Grenzen sind im Durchschnitt um einen Faktor zwei besser als vorherige Obergrenzen von Analysen einzelner Flares. / Active Galactic Nuclei are among the best candidate sources for high-energy cosmic rays. High-energy neutrinos are expected to be produced in these sources via interactions of cosmic rays with matter or photon fields present in the source vicinity. The resulting neutrino flux may exhibit time variability on the same time scales than the ones observed in the electromagnetic radiation that is emitted from these sources. Time variability can be taken into account in high-energy neutrino searches in order to increase their detection probability with respect to search methods that include only energy and spatial information. In this work, two new methods are developed to look for high-energy neutrino flares emitted from Active Galactic Nuclei: the Multi-flare and Multi-flare stacking method. The Multi-flare method is designed to be sensitive not only to one bright flare emitted from a single source, as considered in other existing search methods, but also to several weak flares that might not be detected individually. This is achieved by developing a likelihood stacking approach that analyzes the cumulative neutrino emission from several flares. This method does not assume a-priori time coincidences with photon flares observed in the electromagnetic spectrum, allowing uncorrelated neutrino emission with different flare durations as considered in some emission models. The Multi-flare stacking method is an extension of the Multi-flare method to include several sources that might be too weak for individual detection. The two search methods are applied to a pre-selected list of Active Galactic Nuclei using data of the IceCube Neutrino Observatory (May-2009 to May 2012). No statistically significant neutrino flares are detected and fluence upper limits are calculated for each selected source. These limits are on average a factor of two better than previous upper limits from single-flare searches.