The major objectives of this thesis involve the development of both dynamic and interactive applications aimed at complementing traditional engineering and science coursework, laboratory exercises, research, and providing users with easy access by publishing the applications on Wolframs Demonstration website. A number of applications have been carefully designed to meet cognitive demands as well as provide easy-to-use interactivity. Recent technology introduced by Wolfram Mathematica called CDF (Computable Document Format) provides a resource that gives ideas a communication pipeline in which technical content can be presented in an interactive format. This new and exciting technology has the potential to help students enhance depth and quality of understanding as well as provide teachers and researchers with methods to convey concepts at all levels. Our approach in helping students and researchers with teaching and understanding traditionally difficult concepts in science and engineering relies on the ability to use dynamic, interactive learning modules anywhere at any time. The strategy for developing these applications resulted in some excellent outcomes. A variety of different subjects were explored, which included; numerical integration, Green's functions and Duhamel's methods, chaotic maps, one-dimensional diffusion using numerical methods, and two-dimensional wave mechanics using analytical methods. The wide range of topics and fields of study give CDF technology a powerful edge in connecting with all types of learners through interactive learning. / Master of Science

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Alle Organismen sind für ihr Überleben auf Metalle angewiesen. Hierbei gibt es für jedes Metall einen Konzentrationsbereich, der das Optimum zwischen Metallmangel, -bedarf und -toxizität darstellt. Es gilt mittlerweile als erwiesen, dass alle Organismen zur Aufrechterhaltung des Metallgleichgewichts ein komplexes Netzwerk von Proteinen und niedermolekularen Verbindungen entwickelt haben. Die molekularen Komponenten dieses Netzwerks sind nur zu einem Teil bekannt und charakterisiert: In den letzten Jahren wurden einige Proteinfamilien identifiziert, deren Mitglieder Metalle durch Lipidmembranen transportieren. Eine dieser Metalltransporterfamilien ist die Cation Diffusion Facilitator (CDF)-Familie: Alle charakterisierten Mitglieder exportieren Metalle aus dem Zytoplasma – entweder in zelluläre Kompartimente oder aus der Zelle heraus. Von den zwölf Mitgliedern dieser Familie in Arabidopsis thaliana (A. thaliana) – Metall Toleranz Protein (MTP)-1 bis -12 – wurden bisher AtMTP1 und AtMTP3 charakterisiert. In dieser Arbeit wird die Charakterisierung von AtMTP2 beschrieben. Wie die homologen Proteine AtMTP1 und AtMTP3 führt AtMTP2 zu Zn-Toleranz, wenn es heterolog in Zn-sensitiven Hefemutanten exprimiert wird. Mit AtMTP2 transformierte Hefemutanten zeigten darüber hinaus erhöhte Co-Toleranz. Expression von chimären AtMTP2/GFP Fusionsproteinen in Hefe, A.thaliana protoplasten und in stabil transformierten A.thalinana Planzenlinien deutet auf Lokalisation of AtMTP2 in Membranen des Endoplasmatischen Retikulums (ER) hin, wenn GFP an den C-Terminus von MTP2 fusioniert wird. Fusion of GFP an den N-Terminus von AtMTP2 führte zu Lokalisation in der vakuolären Membran, was wahrscheinlichsten auf Fehllokalisierung durch Maskierung eines ER-Retentionsmotivs (XXRR) am N-Terminus von AtMTP2 zurückgeht. Dies legt nahe, dass AtMTP2 die erwähnten Metalle in das Endomembransystem der Zelle transportieren kann. Eine gewebespezifische Lokalisierung wurde mit Pflanzen durchgeführt, die das β-Glucuronidase (GUS)-Reporterprotein bzw. chimäre Fusionsproteine aus EGFP und AtMTP2 unter Kontrolle des nativen pMTP2-Promotors exprimierten. Diese Experimente bestätigten zum einen, dass der pMTP2-Promotor nur unter Zn-Defizienz aktiv ist. GUS-Aktivität wurde unter diesen Bedingungen in zwei Zonen der Wurzelspitze beobachtet: in den isodiametrischen Zellen der meristematischen Zone und in der beginnenden Wurzelhaarzone. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die EGFP-Fusionsproteine unter Kontrolle des nativen pMTP2-Promotors nur in epidermalen Zellen exprimiert werden. Für eine homozygote Knockout- Linie, mtp2-S3, konnte bisher kein eindeutiger Phänotyp identifiziert werden. Auf Grundlage der bisher durchgeführten Charakterisierung von AtMTP2 erscheinen zwei Modelle der Funktion von AtMTP2 in der Pflanze möglich: AtMTP2 könnte essentiell für die Versorgung des ER mit Zn unter Zn-Mangelbedingungen sein. Hierfür spricht, dass AtMTP2 in jungen, teilungsaktiven und damit Zn-benötigenden Wurzelzonen exprimiert wird. Die auf die Epidermis beschränkte Lokalisation könnte bei diesem Modell auf die Möglichkeit der zwischenzellulären Zn-Verteilung innerhalb des ER über Desmotubules hindeuten. Alternativ könnte AtMTP2 eine Funktion bei der Detoxifizierung von Zn unter Zn-Schock Bedingungen haben: Es ist bekannt, dass unter Zn- Mangelbedingungen die Expression der zellulären Zn-Aufnahmesysteme hochreguliert wird. Wenn nun die Zn-Verfügbarkeit im Boden z. B durch eine pH-Änderung innerhalb kurzer Zeit stark ansteigt, besteht die Notwendigkeit der Entgiftung von Zn innerhalb der Zelle, bis der starke Einstrom von Zn ins Zytoplasma durch die Deaktivierung der Zn-Aufnahmesysteme und einer geringeren Expression in der Pflanze gedrosselt ist. Ein ähnlicher Mechanismus wurde in der Bäckerhefe S. cerevisae beschrieben, in der darüber hinaus ein Zn-Transporter verstärkt exprimiert wird, der Zn durch Transport in die Vakuole entgiften kann. Es ist durchaus möglich, dass in Arabidopsis AtMTP2 die Zn-Detoxifizierung unter diesen speziellen Bedingungen durch Zn-Transport in das ER oder die Vakuole vermittelt. Zur Identifikation weiterer Komponenten des Metallhomöostasenetzwerks sind verschiedene Ansätze denkbar. In dieser Arbeit wurde in Hefe ein heterologer Screen durchgeführt, um Interaktoren für vier Mitglieder der Arabidopsis-CDF-Familie zu identifizieren. Unter den 11 im Hefesystem bestätigten Kandidaten befindet sich mit AtSPL1 ein AtMTP1-Interaktionskandidat, der möglicherweise eine Rolle bei der Cu-,Zn-Homöostase spielt. Als wahrscheinliche AtMTP3-Interaktionskandidaten wurde die c”-Untereinheit der vakuolären H+-ATPase AtVHA identifiziert sowie mit AtNPSN13 ein Protein, das vermutlich eine Rolle bei Fusionen von Vesikeln mit Zielmembranen spielt. Ein anderer Ansatz zur Identifikation neuer Metallhomöostasegene ist die vergleichende Elementanalyse von natürlichen oder mutagenisierten Pflanzenpopulationen. Voraussetzung für diesen Ansatz ist die schnelle und genaue Analyse des Elementgehalts von Pflanzen. Eine etablierte Methode zur simultanen Bestimmung von bis zu 65 Elementen in einer Probe ist die Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP OES). Der limitierende Faktor für einen hohen Probendurchsatz ist die Notwendigkeit, Proben für die Analyse zu verflüssigen. Eine alternative Methode der Probenzuführung zum Analysegerät ist die elektrothermale Verdampfung (ETV) der Probe. Zur weitgehend automatisierten Analyse von Pflanzenmaterial mit minimiertem Arbeitsaufwand wurde eine Methode entwickelt, die auf der Kopplung der ETV mit der ICP OES basiert. / All organisms require for their survival essential metals. For each required metal exists an optimal concentration between metal deficiency and -toxicity. It has become evident that all organisms developed a complex network of proteins and low molecular compounds to maintain the equilibrium between all metals. Only few molecular components of this metal-homeostasis network are characterized in detail: A number of protein families whose members transport metals over the barrier of lipid-membranes have been identified during the last couple of years. One of those metal-transport families is the Cation Diffusion Facilitator (CDF) family. All characterized members export metals from the cytoplasm – either into cellular compartments or outside the cell. From the 12 Arabidopsis thaliana (A.thaliana) members – Metal Tolerance Protein (MTP)-1 to 1-2 – only MTP1 and MTP3 have been characterized yet. In this work, characterization of MTP2 is described. As was found for the homologous proteins AtMTP1 and AtMTP3, heterologous expression of AtMTP2 in Zn-sensitive yeast mutants leads to enhanced Zn-tolerance. Less pronounced, enhanced tolerance was also found for Co when AtMTP2 was expressed in Co sensitive yeast mutants. Expression of chimeric AtMTP2/GFP fusion proteins in yeast, A.thaliana protoplasts and in stably transformed A.thalinana plant lines indicated localization of MTP2 in membranes of the endoplasmic reticulum, when GFP was fused to the C-terminal end of MTP2. Fusion of GFP to the N-terminal end of MTP2 lead to vacuolar localization that is most likely explained as mistargeting due to masking of an ER retrieval motive (XXRR) found at the N-terminus of MTP2. This suggests that AtMTP2 mediates the transport of Zn and Co into the endomembrane system of the cell. Tissue specific localization was performed with plant lines expressing the β-Glucuronidase (GUS) reporter protein and with plant lines expressing chimeric fusions of GFP with AtMTP2 under control of the native pMTP2 promoter. Those experiments confirmed Affymetrix Genechip® data suggesting activity of the pMTP2 promoter only under Zn-deficiency. GUS activity was only found under Zn-deficiency in two zone of root tips – the meristematic zone, characterized by isodiamtric cells, and in the beginning differentiation zone, characterized by appearing root hairs. Confocal microscopy with plant lines expressing chimeric MTP2 /GFP fusions demonstrated that expression of AtMTP2 is restricted to epidermal cells. A phenotype for the homozygous mtp2-S3 knockout mutant could not be identified yet. Based on the data obtained as yet / two mode of action of AtMTP2 in planta seam likely: AtMTP2 could be essential for delivery of Zn to the ER under Zn-deficiency. This is supported by the fact, that AtMTP2 is active in young, dividing (and therefore Zn-requiring) zones of the root. The epidermal-restricted expression of AtMTP2 points towards a distribution of Zn in these root zones of Zn within desmotubules. Alternatively, AtMTP2 could have a Zn-detoxifying function under Zn-shock. It is known that in yeast under Zn-deficiency not only the expression of an Zn-uptake transporter is up-regulated, but also the expression of a vacuolar Zn-transporter. It mediates Zn-detoxification of surplus Zn that enters cells upon Zn-resupply before shut down of the Zn uptake system. AtMTP2 could exert this function when soil Zn-availability raises suddenly, for example due to rain after a drought. Different means/methods are perceivable to identify further components of the metal homeostasis network. In this work, a heterologuos screen was performed in yeast to identify interacting proteins for four members of the Arabidopsis CDF-family. Among 11 candidates identified and confirmed in the Split Ubiquitin System (SUS, a Yeast-2-Hybrid variant) is with AtSPL1 an AtMTP1 interaction candidate, which plays putatively a role in Zn,Cu homoestasis. The c” subunit of the vacuolar H+-ATPase AtVHA was found as likely AtMTP3-interaction candidate, as well as AtNPSN13, an protein that plays putatively a role in fusion of vesicles with target-membranes. Another method to identify new metal homeostasis genes is the comparative elemental analysis of natural and mutagenized plant populations. Prerequisite for this approach is the fast and accurate analysis of the elemental composition of plants. An established method for elemental analysis is Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP OES). The limiting factor for high thoughput is the requirement for laborious wet digest of plant samples before analysis. An alternative mean of sample delivery to the ICP OES is electrothermal vaporization (ETV). For faster, less laborious analysis of plant material, a method based on the established coupling of ETV with ICP OES was developed, which is optimized for plant material and automated as far as possible.

Ce mémoire d'Habilitation à Diriger des Recherches résume une partie des travaux que j'ai réalisés ces dix dernières années dans le domaine de la physique des particules au sein d'expériences situées auprès de collisionneurs. Il est organisé en deux parties. La première concerne les réalisations instrumentales liées à la calorimétrie et la seconde résume les recherches du scalaire top, partenaire supersymétrique du quark top.

This study aims to establish the effectiveness and sustainability of Kenya‟s Constituency Development Fund as a fiscal decentralized initiative aimed at poverty reduction. The study focuses on the contribution of CDF on education and how this has brought about changes related to increased access to education, better education facilities and improved performance. The study also seeks to highlight prime factors such as participation in decision making as necessary for the implementation of the CDF, while also highlighting those factors that hinder the effective and sustainable implementation of the program.

La production de paires de quarks top se désintégrant en deux leptons dont au moins un lepton tau est étudiée dans le cadre de l'expérience CDF auprès du collisionneur proton-antiproton, Tevatron, a FNAL aux USA. La sélection exige un électron ou un muon produit par désintégration du lepton tau ou par désintégration d'un W. L'analyse utilise toutes les données enregistrées, 9 fb-1, avec un déclenchement basé sur un électron ou muon à faible moment transverse et une trace chargée isolée. La section efficace de production de paires de top a cette énergie obtenue est de 8,2+-1.7(+1.2-1.1)+-0,5 pb, et le rapport de branchement en leptons tau est de 0,120+-0,027(+0,022-0,019)+-0,007 avec erreur statistique, systématique et sur la luminosité respectivement. Ce sont à jour les résultats les plus précis dans ce canal de désintégration du top, en bon accord avec les résultats obtenus au Tevatron avec tous les autres canaux de désintégration du top. Le rapport de branchement est aussi mesuré en séparant les événements tau plus lepton et avec deux leptons tau avec une méthode de maximum de vraisemblance. C'est la première fois que ces modes de désintégration sont identifiés séparément. Par une méthode de maximum de vraisemblance appliquée pour séparer ces deux canaux une mesure alternative du rapport de branchement du top en lepton tau de 0,098+-0,022(stat.)+-0,014(syst.) est obtenue, en bon accord avec les prédictions du Modèle Standard. Une limite supérieure de 0,159 pour ce rapport de branchement, avec 95% de niveau de confiance est extraite donnant un indice de Physique au delà du Modèle Standard en particulier un possible boson de Higgs chargé.

Cette thèse résume le travail sur la mesure des paramètres qui définissent le système des méson Bs. Une première partie est consacrée à l'observation des oscillations des mésons Bs caractérisées par la fréquence de mélangeΔms. Cette dernière a été mesurée au travers des désintégrations hadroniques et semi-leptoniques des mésons Bs produits au Tevatron et reconstruits dans l'expérience CDF, pour une luminosité intégrée de 1 fb-1. L'ensemble de ces travaux a conduit à la mesure Δms= 17.77 ± 0.10(stat)± 0.07(syst) ps-1, avec une pertinence de 5σ et permettant d'extraire le rapport des éléments de la matrice CKM |Vts|2/|Vtd|2 =0.2060±0.0007(exp)+0.0081-0.0060(theory). La deuxième partie est consacrée à la première analyse pour évaluer, via des événements Bs -> J/ΨΦ équivalent à 1.35 fb-1, la phase de la violation CP 2βs, et la différence de largeur, ΔΓs, en identifiant la saveur des mésons Bs produits à l'origine. L'ensemble de ces données a permis de d'établir une région de confiance selon le critère de Feldman-Cousins dans le plan 2βs-ΔΓs. En considérant les valeurs de 2βs et ΔΓs prédites par le Modèle Standard, la probabilité de déviation par rapport aux données expérimentales est de 15%, soit une déviation standard Gaussienne de 1.5σ.

This thesis presents the results of a signature-based search for new physics using the exclusive dijet plus missing transverse energy data sample from 2 fb^-1 of p-pbar collisions at \sqrt{s} = 1.96 TeV collected with the Collider Detector at Fermilab (CDF). A study is made of the production of events with two high energy jets and large missing transverse energy (missing E_T, or MET) in a kinematic regime requiring the scalar sum of the E_T of the two jets (referred to here as H_T) to be greater than 125 GeV and the event MET to be above 80 GeV. A second kinematic region is also examined, with the MET cut increased to 100 GeV and the H_T cut increased to 225 GeV. The number of events observed in the data is within 0.43 standard deviations of the expected number of background events in the low kinematic region, and within 0.34 standard deviations in the high kinematic region. Based on these results, 95% C.L. lower mass limits for scalar leptoquarks are extracted: 190 GeV/c^2 for 1st generation, 190 GeV/c^2 for 2nd generation, and 178 GeV/c^2 for 3rd generation production. The results are also interpreted in terms of cross-section limits on generic minimal supersymmetric (MSSM) models.

This thesis presents the results of a signature-based search for new physics using the exclusive dijet plus missing transverse energy data sample from 2 fb^-1 of p-pbar collisions at \sqrt{s} = 1.96 TeV collected with the Collider Detector at Fermilab (CDF). A study is made of the production of events with two high energy jets and large missing transverse energy (missing E_T, or MET) in a kinematic regime requiring the scalar sum of the E_T of the two jets (referred to here as H_T) to be greater than 125 GeV and the event MET to be above 80 GeV. A second kinematic region is also examined, with the MET cut increased to 100 GeV and the H_T cut increased to 225 GeV. The number of events observed in the data is within 0.43 standard deviations of the expected number of background events in the low kinematic region, and within 0.34 standard deviations in the high kinematic region. Based on these results, 95% C.L. lower mass limits for scalar leptoquarks are extracted: 190 GeV/c^2 for 1st generation, 190 GeV/c^2 for 2nd generation, and 178 GeV/c^2 for 3rd generation production. The results are also interpreted in terms of cross-section limits on generic minimal supersymmetric (MSSM) models.

I present the results of a search for pair production of scalar top quarks (~t1) in an R-parity violating supersymmetric scenario using 322 pb_1 of pp collisions at ps = 1.96 TeV collected by the upgraded Collider Detector at Fermilab. I assume each ~t1 decays into a tau lepton and a b quark, with branching ratio B, and search for final states containing either an electron or a muon from a leptonic tau decay, a hadronically decaying tau lepton, and two or more jets. Two candidate events pass my final selection criteria, consistent with the expectation from standard model processes. I present upper limits on the cross section times branching ratio squared (~t1~t1)B2 as a function of the stop mass m(~t1). Assuming B = 1, I set a 95% confidence level limit m(~t1) > 153 GeV=c2. These limits are also fully applicable to the case of a pair produced third generation scalar leptoquark that decays into a tau lepton and a b quark.