The aim of this work is to derive mathematical descriptions of gravitation. Postulating gravitation as a force field, Newton's law of gravitation is heuristically derived by considering linear differential operators invariant under euclidean isometries and by finding the fundamental solution to Helmholtz equation in three dimensions. Thereafter, the theory of differential geometry is introduced, providing a framework for the subsequent review of gravitation as curvature. Lastly, in the light of Einstein's postulates and equivalence principle, Lovelock's proof of uniqueness of Einstein's field equations is presented.

Ein Fortschritt im Verständnis der Naturgesetzte wäre eine quantenphysikalische Beschreibung der Gravitation. Eine gültige Theorie der Quantengravitation (QG) existiert derzeit wegen des fehlenden experimentellen Zugangs des Planck-Skalen-Bereichs nicht. Dennoch können Experimente Hinweise für die Suche nach einer QG liefern. Die Standardmodellerweiterung (SME) bspw. beschreibt mögliche QG-induzierte beobachtbare niederenergetische Planck-Skalen-Effekte. Diesem Ansatz folgend wurde ein modernes Michelson-Morley-Experiment der nächsten Generation entwickelt, das es erstmalig erlaubt, simultan Obergrenzen für niederenergetische Planck-Skalen-Effekte in den Bewegungsgleichungen von Photonen und Fermionen zu bestimmen. Das zugrundeliegende theoretische Modell innerhalb der SME wurde neu betrachtet und Unstimmigkeiten korrigiert. Der Aufbau besteht aus ultra-stabilen kryogenen optischen Resonatoren (COREs) und Mikrowellenresonatoren, die gemeinsam im Raum rotieren. Die durch thermisches Rauschen limitierte vorhergesagte relative Frequenzinstabilität der entwickelten COREs liegt bei Temperaturen von flüssigem Helium im Bereich von 10^-17. Die Mikrowellenresonatoren können eine relative Frequenzinstabilität von 10^-16 erreichen. Um Störeinflüsse zu reduzieren, wurde zudem ein rauscharmer Niedrigtemperatur- sowie Drehtischaufbau konzipiert. Parallel wurde mit den Mikrowellenresonatoren ein einjähriges modernes Michelson-Morley-Experiment mit einer Sensitivität im Bereich von 10^-18 durchgeführt und erstmalig vollständig entkoppelte Obergrenzen für niederenergetische Planck-Skalen-Effekte im Bereich von 10^-17 bestimmt. Für den Aufbau der nächsten Generation lässt sich basierend auf der Frequenzinstabilität der COREs und der Mikrowellenresonatoren eine Sensitivität für niederenergetische Planck-Skalen-Effekte im Bereich von 10^-20 abschätzen. Zum ersten Mal kann somit der hypothetische Planck-unterdrückte-Bereich mit elektromagnetischen Resonatoren erkundet werden. / The next big leap in understanding the working principles of nature can be expected from a quantum physical description of gravity. None of the quantum gravity (QG) candidate theories can be verified, since observations at the Planck regime have currently been impossible. Still, experiments can help to give insights. For example, standard model extension (SME) describes potential observable low-energy remnant Planck scale effects. With this in mind, a design for a next-generation modern Michelson-Morley experiment has been developed that allows extracting upper bounds on potentially observable remnant Planck scale effects in the equations of motion of photons and fermions simultaneously. The corresponding theoretical model within the framework of the SME has been revisited and discrepancies have been corrected. The experimental setup consists of co-rotating ultra-stable cryogenic optical resonators (COREs) and ultra-stable sapphire loaded cryogenic microwave whispering-gallery resonators. The developed COREs have a theoretical thermal noise limited fractional frequency instability on the order of 10^-17 at liquid helium temperatures. The cryogenic microwave resonators allow in principle a performance on the order of 10^-16. For noise reduction, a suitable low noise cryogenic as well as turntable system has been designed. In parallel, a one-year modern Michelson-Morley measurement campaign with a sensitivity on the order of 10^-18 was carried out using the cryogenic microwave resonators. The experiment has allowed to set new stringent disentangled upper bounds on remnant Planck scale effects on the order of 10^-17. With the frequency performance of the COREs and cryogenic microwave resonators of the next-generation experimental setup, a sensitivity for remnant Planck scale effects on the order of 10^-20 can be estimated. Thus, the designed setup has the potential to explore the hypothetical Planck suppressed regime using electromagnetic resonators for the first time.

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Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Nous nous intéressons dans cette thèse à un aspect assez peu documenté de l'histoire de la théorie de la relativité restreinte, la recherche d'une vérification expérimentale de ses prédictions sur la variation de l'inertie en fonction de leur vitesse. Nous complétons les études historiques antérieures sur les expériences de Kaufmann (1906) et de Bucherer (1908), et montrons que la vérification de la formule de Lorentz-Einstein constitue encore un enjeu expérimental après 1911. Nous étudions plus particulièrement les recherches dirigées par Charles-Eugène Guye en collaboration avec ses étudiants Simon Ratnowsky (1907-1910) et Charles Lavanchy (1913-1915). Nous montrons que la seconde phase de ce travail est très largement considérée dans les années 1920 comme la vérifiation expérimentale la plus précise de la formule de Lorentz-Einstein. Nous utilisons la méthode de réplication, appliquée à l'expérience de Guye et Lavanchy. La très grande maîtrise de l'émission cathodique, associée à une méthode d'investigation spécifique, leur permet de surmonter toutes les difficultés identifiées alors comme préjudiciables au succès de ce type d'expérience. / We focus on an aspect of the history of special relativity theory that has not received much attention yet, namely the search for an experimental verification of the relativistic velocity dependency of inertia. Former historical studies on Kaufmann's 1906 and Bucherer's 1908 experiments are pursued. It is shown that verifying Lorentz-Einstein's formula is still a challenge after 1911. We concentrate here on Charles-Eugène Guye's works with students Simon Ratnowsky (1907-1910) and Charles Lavanchy (1913-1915). The second experiment is shown to be considered as the most precise verification of Lorentz-Einstein's formula by a large number of 1920s physicists. The replication method is used to probe Guye and Lavanchy's experiment. They are able to solve every then known difficulty in successfully performing such an experiment, through a great mastership of the crucial issue of cathode ray emission, together with a specific investigation method.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Im Rahmen dieser Arbeit werden Schichten und Schichtsyteme untersucht, die mittels D.C. gepulstem Magnetronzerstäuben abgeschieden wurden. Die Untersuchungen der Schichten erfolgen unter dem Gesichtspunkt der Eignung dieser Schichten als Kontaktschichten für photovoltaische Anwendungen. Eine detaillierte Studie der Schichteigenschaften wurde mit Hilfe von optischen Spektroskopiemethoden sowie elektrischen Messungen erstellt. Diese stellt die Zusammenhänge der Abscheideparameter, insbesondere der Substrattemperatur und der Wasserstoffflussrate bei der Abscheidung mit den Schichteigenschaften her. Des Weiteren werden die wechselseitigen Abhängigkeiten der Schichteigenschaften dargelegt. Hierbei wurde unter anderem gezeigt, dass der allgemein in der Literatur akzeptierte lineare Zusammenhang zwischen der Tauc-Lorentz Bandlücke und dem Wasserstoffgehalt nicht für alle Proben bestätigt werden konnte. Stattdessen wurde die Abhängigkeit der Bandlücke im Wesentlichen dem Anteil der polyhydrierten Siliziumatome innerhalb der Schicht zugeordnet. Für Teilmengen der Proben ergibt sich hieraus wieder eine nahezu lineare Abhängigkeit zwischen dem Wasserstoffgehalt und der Bandlücke. Im zweiten Teil der Arbeit werden Heterostruktur-Dioden untersucht, die sich an der Grenzfläche zwischen amorphem und kristallinem Silizium ausbilden. Dabei werden vordergründig die elektrischen Eigenschaften untersucht. Dies umfasst die Untersuchung der Abscheideparameter auf grenzflächennahe Defektzustände, die mittels Ladungstransientenspektroskopie (QTS) gefunden wurden. Zudem wird der begünstigende Einfluss des kristallinen Siliziumsubstrats auf die Ausbildung von mikrokristallinen Strukturen der aufwachsenden Schichten mittels ramanspektroskopischen Untersuchungen dargelegt.

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