Quand une source de lumière cohérente éclaire un milieu présentant soit une rugosité de surface à l’échelle de la longueur d’onde de la lumière incidente, soit des variations d’indice de réfraction, les ondes diffusées se propagent suivant différents chemins optiques. Les ondelettes ainsi créées, toujours cohérentes, interfèrent entre elles dans un plan d’observation, créant un champ de speckle. Dans ce travail, nous couplons l’analyse du champ de speckle à l’analyse de la polarisation de la lumière en adoptant une approche multiparamètre regroupant des informations spatiales et temporelles. La capacité du speckle polarisé à caractériser des propriétés de milieux diffusants complexes est exploitée. Des informations liées à un changement de proportions de tailles de diffuseurs, de coefficient d’absorption, et de dynamique intrinsèque des diffuseurs sont extraites. Les méthodologies développées sont appliquées à la caractérisation d’échantillons biologiques, à la détection de phases préliminaires d’érosion dentaire, et au suivi de réactions de polymérisation. / When a coherent light source illuminates a random medium, having either surface roughness or refractive index variations, the scattered waves propagate following different optical paths. The coherent created wavelets interfere with each other in a certain observation plane, creating the speckle field. In this work, we simultaneously the analysis of the speckle field as well as the analysis of polarized light, in a multi-parameter approach combining spatial and temporal information. The capability of the polarized speckle field to characterize complex scattering media is investigated. Information related to changes in diffusers sizes and proportions, absorption coefficient, and intrinsic dynamics are extracted. The developed methodologies are applied to characterize biological samples, to diagnose early stages of dental erosion, and to monitor polymerization reactions.

Dans le cadre de cette thèse, nous avons développé une technique expérimentale basée sur un traitement laser ultraviolet continu permettant la croissance de nanoparticules (NP) d’argent et/ou d’or dans des verres soda-lime préalablement dopés aux ions Ag+ et/ou Au3+. L’originalité de cette méthode réside dans la très forte photosensibilité du verre à la longueur d’onde utilisée (244 nm), par rapport aux résultats de la littérature. Dans les verres échangés à l’argent, des NP de grand diamètre (jusqu’à 250 nm) et très concentrées ont été obtenues et le mécanisme de leur formation a été explicité. Nous avons ensuite montré que les substrats ainsi fabriqués sont adaptés pour la détection d’espèces chimiques faiblement concentrées via l’effet de diffusion Raman exaltée de surface, en choisissant comme molécule test la rhodamine 6G, ce qui était le but initial de ce travail. Nous nous sommes ensuite intéressés à la nanostructuration du verre par des NP d’argent : ainsi, des lignes de NP (de diamètre 80 nm), périodiquement espacées de 160 nm ont été obtenues pour des durées d’insolation « suffisamment longues ». Après avoir caractérisé expérimentalement ces arrangements périodiques de NP d’argent, nous avons montré un très bon accord entre nos résultats expérimentaux et la théorie classique des ripples (ou modèle de Sipe). Ce résultat est sans aucun doute le plus original de ce travail de thèse. D’autre part, nous avons montré que l’insolation laser à 244 nm permet la croissance de NP d’or de diamètre 50 nm dans les verres dopés Au3+ par poling thermique. Le codopage du verre avec des NP d’argent et d’or a également été obtenu / In this thesis, we have developed an experimental method based on the use of a continuous ultraviolet laser to process a soda-lime glass doped with either Ag+ or Au3+ ions for the growth of silver and/or gold nanoparticles (NP). The main advantage of method lies in the very high photosensitivity of the glass at the laser wavelength (244 nm), compared to the results of the literature. In silver-exchanged soda-lime glasses, highly concentrated silver NP of large diameter (up to 250 nm) have been obtained and their growth is fully elucidated. We have then shown that these substrates are well-suited to get efficient surface enhanced raman scattering effect with rhodamine 6G as test molecule, which was the first aim of this thesis. A third part is then dedicated to the growth of periodic nanostructures embedded with silver NP at the surface of the glass. Silver NP (of average diameter 80 nm) are aligned along lines periodically spaced by 160 nm. After experimental characterization of these periodic arrangements, we have demonstrated very good agreement between these experimental results and classical ripples theory (known as Sipe’s model in the literature).This result is undoubtedly the most original result of this manuscrit. We have then shown that laser exposure at 244 nm allows the growth of gold NP in soda-lime glass beforehand doped with Au3+ ions by thermal poling. Codoping of the glass containing with both silver and gold nanoparticles has also been achieved

Pregnancy tests and related immunoassays are heavily dependent on specific and non-specific protein adsorption. These interfacial processes are affected by many factors that influence the in situ conformations of interfacially immobilised antibodies. This thesis examines a number of representative features with dual polarisation interferometry (DPI) and neutron reflection (NR), thus combining real-time dynamic monitoring with high interfacial structural resolution. Bovine serum albumin (BSA) was initially used as a model system to compare the surface coverage and thickness measurements of DPI and NR. The results show that DPI and NR provided similar surface coverage data but the measured thicknesses differed at BSA concentrations above 0.1 mg/ml. This discrepancy arose from the adoption of the uniform-layer model used by DPI for data analysis and the greater thickness sensitivity of NR. A model pregnancy immunoassay was built in steps on a silica surface so that the adsorption of each protein could be accurately monitored. Both DPI and NR provided evidence of BSA insertion into the gaps on the surface between the antibody molecules. This suggests that BSA adsorption is an excellent method to block the non-specific adsorption of target antigens to the immunoassay test surface. A magnetic tweezer system was designed and built in order to measure the specific antibody/antigen binding force. The antibodies and antigens were used to immuno-link magnetic beads to the experimental surface before the immuno-links were broken by increasing the attractive force between the magnetic tweezers and beads. The force per antibody/antigen immuno-link was estimated to lie between the values of 13.6 pN and 43.8 pN.Immuno-link detachment as a function of time was investigated. It was found that the immuno-link comprised both a strong and a weak interaction. The dissociation constant of the strong antibody/antigen interaction was found to equal 3E-4 /s and had an interaction length of 0.06 nm. The low population of beads bound by the second, weaker interaction meant that it was not possible to obtain accurate values of the dissociation constant and bond length of the second weaker interaction.

Dans cette thèse j’étudie l’impact de la géométrie de micro et nano-domaines biologiques sur les propriétés d'électrodiffusion, ceci à l'aide des équations aux dérivées partielles de Poisson-Nernst-Planck. Je considère des domaines non-triviaux ayant une forme cuspide ou elliptique. Mon objectif est de développer des modèles ainsi que des méthodes mathématiques afin d'étudier les caractéristiques électriques de ces nano/micro-domaines, et ainsi mieux comprendre comment les signaux électriques sont modulés à ces échelles. Dans la première partie j’étudie le voltage à l'équilibre pour un électrolyte dans un domaine borné, et ayant un fort excès de charges positives. Je montre que le premier temps de sortie dans une boule chargée dépend de la surface et non du volume. J’étudie ensuite la géométrie composées d'une boule à laquelle est attachée un domaine cuspide. Je construis ensuite une solution asymptotique pour le voltage dans les cas 2D et 3D et je montre qu’ils sont donnés au premier ordre par la même expression. Enfin, j’obtiens la même conclusion en considérant une géométrie formée d'une ellipse, dont je construis une solution asymptotique du voltage en 2D et 3D. La seconde partie porte sur la modélisation de la compartimentalisation électrique des épines dendritiques. A partir de simulations numériques, je mets en évidence le lien entre la polarisation de concentration dans l'épine et sa géométrie. Je compare ensuite mon modèle à des données de microscopie. Je développe une méthode de déconvolution pour extraire la dynamique rapide du voltage à partir des données de microscopie. Enfin j’estime la résistance du cou et montre que celle-ci ne suit pas la loi d'Ohm. / In this PhD I study how electro-diffusion within biological micro and nano-domains is affected by their shapes using the Poisson-Nernst-Planck (PNP) partial differential equations. I consider non-trivial shapes such as domains with cusp and ellipses. Our goal is to develop models, as well as mathematical tools, to study the electrical properties of micro and nano-domains, to understand better how electrical neuronal signaling is regulated at those scales. In the first part I estimate the steady-state voltage inside an electrolyte confined in a bounded domain, within which we assume an excess of positive charge. I show the mean first passage time in a charged ball depends on the surface and not on the volume. I further study a geometry composed of a ball with an attached cusp-shaped domain. I construct an asymptotic solution for the voltage in 2D and 3D and I show that to leading order expressions for the voltage in 2D and 3D are identical. Finally, I obtain similar conclusion considering an elliptical-shaped domain for which I construct an asymptotic solution for the voltage in 2D and 3D. In the second part, I model the electrical compartmentalization in dendritic spines. Based on numerical simulations, I show how spines non-cylindrical geometry leads to concentration polarization effects. I then compare my model to experimental data of microscopy imaging. I develop a deconvolution method to recover the fast voltage dynamic from the data. I estimate the neck resistance, and we found that, contrary to Ohm's law, the spine neck resistance can be inversely proportional to its radius.

La production hadronique des Quarkonia est un puzzle de longue date, qui teste la capacité des physiciens des particules à décrire les interactions de couleur. Même si la structure de la chromodynamique quantique (QCD) est bien définie et inspirée par l’électrodynamique quantique (QED), les différences par rapport à cette dernière rendent très difficile la description théorique des propriétés des hadrons.Un grand nombre de modèles et de théories effectives des champs ont été proposés pour décrire la production de quarkonia lourds, mais aucune n'a réussi à prédire, de façon fiable, différentes observables. En particulier, la QCD non relativiste (NRQCD) est arrivée à décrire les sections efficaces des quarkonia au Tevatron, mais a failli pour la prédiction du degré de polarisation du J/psi. Par contre, le modèle singulet de couleur (CSM: Color Singlet Model) présentait des résultats légèrement meilleurs du coté de la polarisation mais avait des problèmes avec la normalisation et la forme des sections efficaces différentielles.Le démarrage du LHC au CERN est une excellente opportunité expérimentale pour résoudre ces problèmes. En effet le saut en énergie, par rapport au Tevatron, permet d'avoir des sections efficaces de quarks lourds bien plus élevées que dans le passé, de plus les performances excellentes des expériences LHC nous permettent de procéder à des analyses difficiles.ALICE est l’expérience du LHC dédiée à l’étude de la matière dense et chaude produite dans les collisions d’ions lourds ultra-relativistes : le plasma de quarks et de gluons (PQG). Pendant les deux premières années de prises de données, elle a montré des performances excellentes pour la détection des J/psi, aussi bien en collisions PbPb qu’en collisions pp.Dans cette thèse est présenté la mesure de la polarisation de J/psi inclusif, produits dans les collisions pp à une énergie dans le centre de masse de 7 TeV. L’analyse a été effectuée sur presque 80% de la statistique recueillie par le spectromètre à muons d’ALICE en 2010. Elle a été basée sur l’extraction de la distribution angulaire des muons provenant de la désintégration du J/psi.Les résultats obtenus par cette étude représentent la première mesure de la polarisation des quarkonia au LHC et offrent la possibilité de tester les modèles théoriques dans un régime d’énergie plus de trois fois supérieur à celui du Tevatron.Une première comparaison avec les derniers calculs théoriques est également présentée dans cette thèse. / Quarkonium hadroproduction is a long standing puzzle which tests the ability of particle physicists to describe colour interactions. Even if the structure of quantum chromodynamics (QCD) is well established and inspired to quantum electrodynamics (QED), its differences with respect to the latter make the theoretical description of hadron properties very difficult.Many models and effective field theories have been proposed in order to describe heavy quarkonia production, but none of them have been able to predict different observables in a reliable way. In particular, nonrelativistic QCD (NRQCD) succeeded in describing quarkonia cross sections at the Tevatron, but failed in predicting the degree of polarization of the J/psi. On the other hand, the color-singlet model (CSM) had slightly better results from the polarization side, but had problems with the magnitude and differential shapes of the cross sections.The startup of the LHC at CERN provides a very important experimental opportunity in solving these problems. Indeed, the big jump in energy with respect to Tevatron leads to much higher heavy-quarks cross sections than in the past and, moreover, the very good performances of the LHC experiments allow to perform delicate analysis.ALICE is the LHC experiment dedicated to the study of the dense and hot matter produce in ultrarelativistic heavy ions collisions: the quark gluon plasma (QGP). During the first two years of data taking it showed very good performance in the detection of J/psi, both in PbPb and pp collisions.In this thesis, the polarization measurement of J/psi inclusively produced in pp collisions at a center of mass energy of 7 TeV is presented. The analysis was performed on almost 80% of the statistics collected by the ALICE forward muon spectrometer during 2010. It was based on the extraction of the angular distribution of the muons coming from the J/psi decay. The results obtained with this study represent the first measurement of quarkonia polarization at the LHC and they offer the possibility to test the theoretical models in a more than three times higher energy regime with respect to Tevatron. A first comparison with recent theoretical calculations is also presented in this document.

Zur Erforschung des Verhaltens der Kernmaterie wurde mit dem Dielektronen-Spektrometer HADES am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt unter anderem die Reaktion p + Nb bei 3,5 GeV kinetischer Strahlenergie untersucht. Obwohl HADES primär für den Nachweis seltener leptonischer Zerfälle der Vektormesonen ρ, ω und φ konzipiert wurde, eignet sich das Spektrometer aufgrund seiner präzisen Spurrekonstruktion auch für die Untersuchung von hadronischen Kanälen. Zum Studium der Strangeness-Signaturen in der Reaktion p + Nb wird in dieser Arbeit der im Jahr 2008 aufgezeichnete Datensatz von ca. 4,2 Milliarden Kollisionen hinsichtlich der Produktion und der dabei auftretenden Polarisation von Λ-Hyperonen untersucht. Die polarisierte Produktion von Hyperonen in Kernreaktionen mit unpolarisierten Ausgangsteilchen wurde entgegen den theoretischen Erwartungen erstmals 1976 beobachtet und fand bis heute keine allgemein akzeptierte und alle beobachteten Abhängigkeiten umfassende Erklärung auf Grundlage der starken Wechselwirkung. Es werden zunächst die theoretischen Modelle der Hyperonpolarisation diskutiert und der experimentelle Zugang erklärt. Dieser gelingt über den schwachen Zerfall des Λ-Hyperons, der als natürliches Polarimeter wirkt und somit insbesondere in Reaktionen mit unpolarisierten Nukleonen ein ideales Instrument zur Untersuchung der Polarisation darstellt. Aufgrund der großen Raumwinkelabdeckung ermöglicht HADES, Λ-Hyperonen in einem weiten Phasenraumbereich zu rekonstruieren, sodass deren Produktionsrate und Polarisation in Abhängigkeit der Observablen Transversalimpuls pt und Rapidität y analysiert werden. Aus insgesamt 1,1 Millionen rekonstruierten Λ-Hyperonen werden nach der Korrektur bezüglich der Detektorakzeptanz und -effizienz transversale Massenspektren extrahiert. Deren inverser Steigungsparameter TB (y) nimmt ein Maximum von rund 90 MeV bei y = 1, d.h. unterhalb der Schwerpunktsrapidität im Nukleon-Nukleon-Stoß (ycm = 1,12), an und fällt zu kleinen Rapiditäten deutlich schneller ab als für Teilchen im thermischen Gleichgewicht. Die Λ-Rapiditätsdichte zeigt eine asymmetrische Verteilung, die aufgrund von Mehrfachstreuung der Λ-Hyperonen hauptsächlich mit Kern-Nukleonen deutlich zur Targetrapidität verschoben ist und mit steigender Rapidität > 0,3 stark abnimmt. Auf den vollständigen Phasenraum extrapoliert, erfüllt die Produktionsrate von 0,018 ± 0,004 Λ-0 Hyperons je Ereignis, verbunden mit der Multiplizität von Ks -Mesonen und den mittels Transportmodell abgeleiteten Produktionsverhältnissen zu den übrigen Kaonen und Hyperonen, die Strangeness-Erhaltung im Mittel der gemessenen Kollisionen. Darüber hinaus zeigt das Λ-Hyperon eine signifikant negative Polarisation relativ zur Normalen seiner Produktionsebene, die über den verfügbaren Phasenraum gemittelt Px = (−10,6 ± 1,3) % beträgt und deren Betrag mit steigendem Transversalimpuls entsprechend Px (pt ) = (−0,19 ± 0,02) (GeV/c)−1 pt linear zunimmt. Die Ergebnisse bezüglich der Λ-Polarisation und Phasenraumverteilung werden mit denen anderer Experimente ähnlicher Stoßsysteme verglichen und im Rahmen von systematischen Untersuchungen mit Transportmodellen interpretiert, um Details zur Dynamik der Hyperon-Produktion in Proton-Kern-Reaktionen abzuleiten. Derzeit verfügbare Versionen der GiBUU- und UrQMD-Modelle können die experimentellen Verteilungen im Phasenraum jedoch nicht hinreichend reproduzieren. Mit der Rekonstruktion von Ξ− -Hyperonen und φ-Mesonen wird ein Ausblick auf weiterführende Studien zur Strangeness-Produktion in Nukleon-Kern-Stößen gegeben.:1 Einleitung 11 1.1 Struktur der Materie 11 1.2 Schwellennahe Erzeugung von Hadronen mit Strangeness 13 1.3 Modellbeschreibungen der Strangeness-Produktion 15 1.4 Untersuchung von Kernmaterie in Nukleon-Kern-Reaktionen 19 1.5 Zielsetzung und Gliederung der Arbeit 20 2 Hyperonpolarisation 23 2.1 Experimentelle Beobachtungen 23 2.2 Modellbeschreibungen 25 2.2.1 SU(6)-Modell 25 2.2.2 s-Quark-Streumodell 27 2.2.3 Lund-Modell (Farb-Flussröhre) 28 2.2.4 Rekombinationsmodell (Thomas-Präzession) 28 2.2.5 Quantenmechanische Modelle 29 2.3 Der selbstanalysierende Λ-Zerfall als Spin-Polarimeter 30 3 Experimentiersystem HADES und Analysewerkzeuge 33 3.1 Komponenten zur Teilchenidentifikation 35 3.2 Magnetspektrometer 37 3.3 Datenerfassung und -verarbeitung 43 3.4 Analyse- und Simulationssoftware 45 3.5 Transportmodelle 46 4 Datenanalyse zur Reaktion p + Nb 51 4.1 Charakteristika des Experiments 51 4.2 Teilchenidentifikation 55 4.2.1 Flugzeitmethode 56 4.2.2 Energieverlustmethode 58 4.3 Rekonstruktion des Λ-Hyperons 60 4.3.1 Teilchenselektion bezüglich des Energieverlustes 61 4.3.2 Invariantes Massenspektrum 62 4.3.3 Zerfallsgeometrie 65 4.3.4 Vertexrekonstruktion 66 4.3.5 Determination des kombinatorischen Untergrundes 69 4.3.6 Differentielle Analyse bezüglich des Phasenraums 73 4.4 Rekonstruktion des Ξ -Hyperons 77 4.5 Effizienz- und Akzeptanzbestimmung mittels Detektorsimulation 82 4.5.1 Selbstkonsistenz der Simulation 86 4.5.2 Überprüfung der Vertexrekonstruktion 89 4.5.3 Rekonstruktion der Zerfallslänge 91 4.5.4 Normierung der Produktionsrate 93 4.5.5 Differentielle Produktionsrate der Λ-Hyperonen 95 4.6 Messung der Λ-Polarisation 97 4.6.1 Referenzkoordinatensystem 97 4.6.2 Akzeptanzkorrektur 99 4.6.3 Bestimmung der mittleren Polarisation 101 4.6.4 Differentielle Untersuchung der Polarisation 104 5 Diskussion der Ergebnisse 5.1 Λ-Phasenraumverteilung 109 5.1.1 Transversalimpulsverteilungen 110 5.1.2 Extrapolation der transversalen Impulsspektren 113 5.1.3 Systematische Unsicherheiten 114 5.1.4 Vergleich mit Vorhersagen von Transportmodellen 117 5.1.5 Λ-Produktionsmechanismen im BUU-Modell 121 5.1.6 Vergleich mit Ergebnissen anderer Experimente 124 5.2 Strangeness-Erhaltung 131 5.3 Λ-Polarisation 134 5.3.1 Phasenraumabhängigkeit der Polarisation 135 5.3.2 Einordnung der Ergebnisse in den vorhanden Weltdatensatz 139 6 Zusammenfassung und Ausblick 143 A Anhang A.1 Definition teilchenphysikalischer Variablen 149 A.2 Effizienzkorrektur für Λ-Hyperonen 153 A.3 Simulationen mit Transportmodellen 154 A.3.1 Ultrarelativistic Quantum Molecular Dynamics (UrQMD) 154 A.3.2 Giessen Boltzmann-Uehling-Uhlenbeck (GiBUU) 157 A.3.2.1 Eingangsparameter 157 A.3.2.2 Systematische Untersuchung der Λ-Produktion 159 A.3.3 Implementierung elementarer Wirkungsquerschnitte 167 Abbildungsverzeichnis 169 Tabellenverzeichnis 172 Literaturverzeichnis 173 / With the dielectron spectrometer HADES, located at the GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt, p + Nb reactions at a kinetic beam energy of 3.5 GeV were measured to study the behavior of nuclear matter. Although primarily designed for the detection of rare leptonic decays of the light vector mesons ρ, ω and φ, the spectrometer renders itself very well suited for the investigation of hadrons, due to its excellent tracking capability. This thesis presents results of the production and polarization of strange Λ hyperons in about 4.2 billion reactions of p + Nb recorded in 2008. In contrast to theoretical expectations, the polarized production of hyperons was observed in 1976 for the first time in nuclear reactions with unpolarized beams. Based on the fundamental properties of strong interaction, to date no single explanation exists describing all dependencies of the observed hyperon polarization. Therefore, common theoretical models of hyperon polarization are introduced. Acting as a natural polarimeter, the Λ hyperon represents an excellent tool to study the phenomenon of hyperon polarization especially in reactions with unpolarized beams and targets. Hence, the experimental technique for extracting the polarization using the weak decay of the Λ hyperon is explained. Due to a large solid angle coverage, HADES allows for the reconstruction of hadrons within a wide phase space range. Consequently, a double-differential analysis of the polarization and production probability as a function of transverse momentum pt and rapidity y is performed. In total, 1.1 million Λ hyperons are reconstructed and corrected for detector acceptance and efficiency. The inverse slope parameter TB is extracted from transverse mass spectra. Its rapidity dependence TB (y) shows a maximum of 90 MeV at y = 1, i.e. below the center-of-mass rapidity of the nucleon-nucleon collision ycm = 1.12, and a stronger decrease to lower rapidities than particles in thermal equilibrium. The Λ rapidity density shows an asymmetric distribution, shifted towards target rapidity, which is probably caused by multiple scattering on target nucleons. Extrapolated to the full phase space, the total multiplicity of 0.018 ± 0.004 Λ hyperons per event satisfies strangeness conservati- 0 on on average. For that purpose, the Ks production rate from another analysis and ratios to the other, unmeasured, strange hadrons, derived from transport simulations, are taken into account. Furthermore, the Λ hyperon shows a significant negative polarization perpendicular to its production plane, which amounts to Px = (−10.6 ± 1.3) % averaged over the phase space accessible to HADES. The measured Λ polarization increases almost linearly with increasing transverse momentum pt , according to Px (pt ) = (−0.19 ± 0.02) (GeV/c)−1 pt . In order to spot details on the dynamics of hyperon production in proton-nucleus reactions, the results on Λ polarization and phase space distribution are compared to those of similar reactions. Additionally, a systematic investigation with transport model simulations is performed. The experimental distributions can not be reproduced sufficiently well by the presently available GiBUU and URQMD models. Moreover, an outlook on further studies of strangeness production in nucleon-nucleus collisions by reconstruction of Ξ− hyperons and φ mesons is given.:1 Einleitung 11 1.1 Struktur der Materie 11 1.2 Schwellennahe Erzeugung von Hadronen mit Strangeness 13 1.3 Modellbeschreibungen der Strangeness-Produktion 15 1.4 Untersuchung von Kernmaterie in Nukleon-Kern-Reaktionen 19 1.5 Zielsetzung und Gliederung der Arbeit 20 2 Hyperonpolarisation 23 2.1 Experimentelle Beobachtungen 23 2.2 Modellbeschreibungen 25 2.2.1 SU(6)-Modell 25 2.2.2 s-Quark-Streumodell 27 2.2.3 Lund-Modell (Farb-Flussröhre) 28 2.2.4 Rekombinationsmodell (Thomas-Präzession) 28 2.2.5 Quantenmechanische Modelle 29 2.3 Der selbstanalysierende Λ-Zerfall als Spin-Polarimeter 30 3 Experimentiersystem HADES und Analysewerkzeuge 33 3.1 Komponenten zur Teilchenidentifikation 35 3.2 Magnetspektrometer 37 3.3 Datenerfassung und -verarbeitung 43 3.4 Analyse- und Simulationssoftware 45 3.5 Transportmodelle 46 4 Datenanalyse zur Reaktion p + Nb 51 4.1 Charakteristika des Experiments 51 4.2 Teilchenidentifikation 55 4.2.1 Flugzeitmethode 56 4.2.2 Energieverlustmethode 58 4.3 Rekonstruktion des Λ-Hyperons 60 4.3.1 Teilchenselektion bezüglich des Energieverlustes 61 4.3.2 Invariantes Massenspektrum 62 4.3.3 Zerfallsgeometrie 65 4.3.4 Vertexrekonstruktion 66 4.3.5 Determination des kombinatorischen Untergrundes 69 4.3.6 Differentielle Analyse bezüglich des Phasenraums 73 4.4 Rekonstruktion des Ξ -Hyperons 77 4.5 Effizienz- und Akzeptanzbestimmung mittels Detektorsimulation 82 4.5.1 Selbstkonsistenz der Simulation 86 4.5.2 Überprüfung der Vertexrekonstruktion 89 4.5.3 Rekonstruktion der Zerfallslänge 91 4.5.4 Normierung der Produktionsrate 93 4.5.5 Differentielle Produktionsrate der Λ-Hyperonen 95 4.6 Messung der Λ-Polarisation 97 4.6.1 Referenzkoordinatensystem 97 4.6.2 Akzeptanzkorrektur 99 4.6.3 Bestimmung der mittleren Polarisation 101 4.6.4 Differentielle Untersuchung der Polarisation 104 5 Diskussion der Ergebnisse 5.1 Λ-Phasenraumverteilung 109 5.1.1 Transversalimpulsverteilungen 110 5.1.2 Extrapolation der transversalen Impulsspektren 113 5.1.3 Systematische Unsicherheiten 114 5.1.4 Vergleich mit Vorhersagen von Transportmodellen 117 5.1.5 Λ-Produktionsmechanismen im BUU-Modell 121 5.1.6 Vergleich mit Ergebnissen anderer Experimente 124 5.2 Strangeness-Erhaltung 131 5.3 Λ-Polarisation 134 5.3.1 Phasenraumabhängigkeit der Polarisation 135 5.3.2 Einordnung der Ergebnisse in den vorhanden Weltdatensatz 139 6 Zusammenfassung und Ausblick 143 A Anhang A.1 Definition teilchenphysikalischer Variablen 149 A.2 Effizienzkorrektur für Λ-Hyperonen 153 A.3 Simulationen mit Transportmodellen 154 A.3.1 Ultrarelativistic Quantum Molecular Dynamics (UrQMD) 154 A.3.2 Giessen Boltzmann-Uehling-Uhlenbeck (GiBUU) 157 A.3.2.1 Eingangsparameter 157 A.3.2.2 Systematische Untersuchung der Λ-Produktion 159 A.3.3 Implementierung elementarer Wirkungsquerschnitte 167 Abbildungsverzeichnis 169 Tabellenverzeichnis 172 Literaturverzeichnis 173

Mineralstaub und Seesalz sind der Masse nach die häufigsten Aerosoltypen und dominieren den natürlichen Aerosolanteil. Die vorliegende Arbeit untersucht, wie deren optische Eigenschaften durch atmosphärische Prozesse verändert werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein Drei-Wellenlängen-Polarisationslidar entwickelt, um ferntransportierten Wüstenstaub zu untersuchen. Die der Arbeit zugrunde liegenden Messungen wurden im Rahmen der SALTRACE-Kampagne (Experiment zum Ferntransport von Aerosolen aus der Sahara und Aerosol-Wolken-Wechselwirkung) auf Barbados (13º N, 59º W) in den Jahren 2013 und 2014 durchgeführt. Die Lidarmessungen in Barbados ergaben, dass der Saharastaub nach einem Transportweg von 5000 km über den Atlantik im Mittel (21 Fälle) ein lineares Partikeldepolarisationsverhältnis von 0.25 ± 0.03 bei 355 nm, 0.28 ± 0.02 bei 532 nm und 0.23 ± 0.02 bei 1064 nm aufweist. Im Vergleich mit vorangegangen Messungen in Marokko und auf den Kapverden wurde kein signifikanter Unterschied der Werte bei 355 und 532 nm festgestellt. Lediglich die Abnahme des Depolarisationsverhälnisses bei 1064 nm zwischen Marokko und Barbados deutet auf einen Verlust der größeren Staubpartikel hin, ein Ergebnis, das von flugzeuggetragenen in-situ-Messungen bekräftigt wurde. Die optischen Eigenschaften von marinen Aerosolpartikeln wurden in Abhängigkeit der relativen Feuchte (RH) gemessen. Zu diesem Ziel wurden die Polarisations- und Wasserdampfmessungen des Lidars mit den Temperaturprofilen der Radiosonde kombiniert. Der Phasenübergang von sphärischen Seesalzpartikeln bei hoher relativer Feuchte zu nichtsphärischen (würfelartigen) Seesalzkristallen bei geringer relativer Feuchte (<50% RH) konnte durch einen starken Anstieg des Partikeldepolarisationsverhältnisses von 0.02 auf 0.12, 0.15 und 0.10 bei 355, 532 und 1064 nm beobachtet werden. Die Bestimmung der Wachstumsfaktoren des Extinktionskoeffizienten bei einem Anstieg der relativen Feuchte von 40% auf 80% ergab 1.94 ± 0.94, 3.70 ± 1.14 und 5.37 ± 1.66 bei 355, 532 und 1064 nm. Die ausschließlich marin geprägten Luftmassen über Barbados Ende Februar 2014 während der SALTRACE-Winterkampagne boten ideale Messbedingungen. Als weiterer Beitrag zur Charakterisierung der optischen Eigenschaften atmosphärischer Aerosole wurde im Rahmen dieser Arbeit zum ersten Mal der Extinktionskoeffizient und das Lidarverhältnis bei 1064 nm gemessen. Die neue Technik basiert auf der Rotations- Ramanstreuung bei 1064 nm und wurde in einer Zirruswolke getestet, da dort der Extinktionskoeffizient im beobachteten Bereich wellenlängenunabhängig ist.:1 Introduction 2 Observations at Barbados 2.1 Meteorological situation at Barbados 2.2 SALTRACE campaign 3 Lidar technique 3.1 BERTHA lidar system 3.2 Mueller-Stokes formalism 3.3 Lidar equation 3.4 Particle backscatter coefficient 3.5 Extinction coefficient 3.6 Linear depolarization ratio 4 Results and Discussion 2 4.1 First publication: Triple-wavelength depolarization-ratio profiling of Saharan dust over Barbados during SALTRACE in 2013 and 2014 4.2 Second publication: Dry versus wet marine particle optical properties: RH dependence of depolarization ratio, backscatter, and extinction from multiwavelength lidar measurements during SALTRACE 4.3 Third publication: 1064 nm rotational Raman lidar for particle extinction and lidar-ratio profiling: cirrus case study 5 Summary and Conclusions / Mineral dust and sea salt are the most abundant aerosol types (by mass) dominating the natural aerosol load. The present thesis investigates how their optical properties change due to atmospheric processes. In the framework of this thesis, a triple-wavelength polarization lidar was developed for studies of desert dust after long-range transport. The measurements included in this thesis were performed in the framework of the Saharan Aerosol Long-Range Transport and Aerosol-Cloud-Interaction Experiment (SALTRACE) at Barbados (13º N, 59º W) in 2013 and 2014. In the Saharan dust plumes over Barbados after an atmospheric transport of 5000 km across the Atlantic an average (21 cases) particle linear depolarization ratio of 0.25 ± 0.03 at 355 nm, 0.28 ± 0.02 at 532 nm, and 0.23 ± 0.02 at 1064 nm was measured. When comparing these results to values of previous observations in Morocco and Cabo Verde, no significant change in the depolarization ratio at 355 and 532 nm of Saharan dust was detected. A decrease in the depolarization ratio at 1064 nm between Morocco and Barbados points to a loss of the larger dust particles, a result that was corroborated by air-borne in situ observations. The optical properties of marine aerosol particles were measured under changing ambient relative humidity (RH). For this purpose the polarization and vapor measurements of the lidar were combined with the temperature profile of the radiosonde. The phase transition from spherical sea salt particles under humid conditions to non-spherical (cubic-like) sea salt crystals under dry conditions (<50% RH) could be observed. A strong increase in the particle depolarization ratio from values around 0.02 to values of 0.12 at 355 nm, 0.15 at 532 nm and 0.10 at 1064 nm for cubic-like marine particles was found. A particle extinction enhancement factor of 1.94 ± 0.94, 3.70 ± 1.14 and 5.37 ± 1.66 at 355, 532 and 1064 nm was observed under pristine marine conditions for an increase in RH from 40% to 80%. The measurements were performed while pure marine conditions prevailed at Barbados during the SALTRACE winter campaign at the end of February 2014. In the framework of this thesis, as a further contribution to the characterization of the optical properties of atmospheric aerosols, the extinction coefficient and the lidar ratio at 1064 nm were measured for the first time. The new technique is based on rotational Raman scattering at 1064 nm. The new method was tested in a cirrus cloud taking advantage of the wavelength independence (in the 355 – 1064 nm range) of the extinction coefficient.:1 Introduction 2 Observations at Barbados 2.1 Meteorological situation at Barbados 2.2 SALTRACE campaign 3 Lidar technique 3.1 BERTHA lidar system 3.2 Mueller-Stokes formalism 3.3 Lidar equation 3.4 Particle backscatter coefficient 3.5 Extinction coefficient 3.6 Linear depolarization ratio 4 Results and Discussion 2 4.1 First publication: Triple-wavelength depolarization-ratio profiling of Saharan dust over Barbados during SALTRACE in 2013 and 2014 4.2 Second publication: Dry versus wet marine particle optical properties: RH dependence of depolarization ratio, backscatter, and extinction from multiwavelength lidar measurements during SALTRACE 4.3 Third publication: 1064 nm rotational Raman lidar for particle extinction and lidar-ratio profiling: cirrus case study 5 Summary and Conclusions

5 ABSTRACT Suburbanization is the process of moving residents from the core city to the outskirts. Newly-migrants from the city often carry different views and lifestyles than the original inhabitants of the village, which may be the cause of social polarisation. The general aim of the thesis is to evaluate the development of the social environment, to describe and explain the consequences of suburbanization on social polarisation in the Prague city region on the example of Jesenice u Prahy. Within the general objective, the thesis sets two partial objectives: Describe the demographic development of the population, the development of housing construction and the age structure in Jesenice. Compare the results of the social climate from Petra Puldová's thesis (2006), describe how the social climate has changed over the past 13 years. The questionnaire survey is used to fulfill both the general and the second partial objective. The questionnaire is used to find out if the respondents have mutual relations with the original and new inhabitants, how satisfied they are with the life in the municipality, social cohesion, how they participate in social and political life. To meet the first partial objective,an analysis of statistical data from the Czech Statistical Office is used. Keywords: residential...

The conductivity is one of the main properties of HVDC cable insulation materials and needs to be evaluated carefully. Since measurement on cables is time consuming, often thin specimens and normal conductivity measurement cells are used to compare the materials. In this way however, the bulk effects will be less represented in the measurement and the results will be less representative. Instead, one needs to perform the measurements on thick plate samples and with higher voltage levels. This work focuses on the conductivity measurements on thick HVDC insulation plate samples subject to a high electric field and carefully controlled conditions. In the literature, there are many different methods of measuring the leakage current such as dielectric spectroscopy, PD, IV and PEA measurements. In this thesis a three electrode setup is used to measure the leakage current where the electrodes are placed inside the oven.  This is to be able to control both temperature and high voltage under similar and different conditions where it is possible to change these two parameters during measurement. This was made by two Labview programs; one for creating a schedule and one control program which controls the equipment in the cell.  The task was to make sure that the cell functioned by obtaining repeatable and reasonable measurements.  The results that were obtained were reasonable and verified that the cell functioned. The executed measurements were performed in order to achieve a better understanding of error factors in the measurement system, ranging from preparing the sample to measuring the leakage current. The purpose with the cell is it to investigate the quality of the HVDC insulation by conductivity measurements on millimetre thick plate samples. / Den elektriska konduktiviteten är en av de viktigaste egenskaperna av HVDC kablars isolationsmaterial, XLPE, och den måste utvärderas noggrant. Mätning på fullskaliga kablar är tidskrävande och för att jämföra material används istället ofta tunna prover och normerade konduktivitetmätningsceller. En nackdel med denna metod är att bulkeffekterna blir mindre framträdande i mätningen och resultaten kommer att vara mindre representativa. Istället måste man utföra mätningen på tjockare prover och vid högre spänning. Detta examensarbete fokuserar på mätning av ledningsförmåga hos tjocka HVDC- isolationsprover under noggrant kontrollerade förhållanden och starka elektriska fält. I litteraturen finns det många olika metoder att mäta läckströmmar på, till exempel dielektrisk spektroskopi, PD, IV och PEA mätningar för att nämna några. I denna avhandling kommer ett tre-elektrod system att användas där en temperatursensor är monterad på ena elektroden. Systemet används för att både mäta läckströmmar och temperatur vid provet. Detta gör det möjligt att kontrollera temperatur och spänning oberoende av varandra vilket gjordes med hjälp av två Labview program. Det ena för att skapa ett schema och det andra användes som kontrollprogram för att styra utrustningen i cellen. Uppgiften var att kontrollera cellens funktion genom att erhålla rimliga repeterbara mätningar. Mätningarna gav rimliga resultat vilket indikerade att cellen fungerar tillfredställande. Syftet med mätningarna var att få en bättre förståelse för felfaktorer i mätsystemet som kan vara allt från att förbereda provet till att mäta läckström. Syftet med cellen är att undersöka isolationsegenskaperna på millimetertjocka pressade XLPE prover.

La division cellulaire asymétrique est un processus crucial dans le développement des organismes multicellulaires puisqu’elle permet la génération de la diversité cellulaire. Les cellules qui se divisent de façon asymétrique doivent tout d’abord se polariser et correctement orienter leur fuseau mitotique pour ségréger des déterminants cellulaires en deux entités distinctes. L’embryon du nématode C. elegans est un modèle robuste et largement utilisé pour étudier la division cellulaire asymétrique. Dans cet embryon, le point d'entrée du spermatozoïde détermine l'axe de polarité antéro-postérieur. Suite à la fécondation, le cortex embryonnaire est uniformément contractile et un complexe conservé formé des protéines PAR-3, PAR-6 et PKC-3 (nommé complexe PAR-3 ci-dessous) est localisé sur l'ensemble du cortex. La complétion de la méiose maternelle induit une relaxation corticale au postétieur et un flux cortical vers l’antérieur de l’embryon. Ces contractions corticales asymétriques mènent à la formation d'un domaine antérieur contenant le complexe PAR-3, tandis que le cortex postérieur, dont le complexe PAR-3 s’est délocalisé, est enrichi avec les protéines PAR-2 et PAR-1. Par conséquent, les domaines formés par les protéines PAR définissent un pôle antérieur et un pôle postérieur dans l'embryon suite au remodelage du cytosquelette. Les protéines PAR-4 et PAR-5 restent localisées de façon uniforme dans l'embryon. Curieusement, les protéines PAR exercent une régulation par rétroaction sur la contractilité corticale. Il a été montré qu’une des protéines PAR récemment identifiée, PAR-5, est orthologue à la protéine adaptatrice 14-3-3 et joue un rôle important dans la contractilité corticale. En dépit de son rôle central dans la contractilité corticale et le processus de polarisation cellulaire, le mécanisme par lequel PAR-5 régule la contractilité corticale n’est pas bien compris. Le but de ce projet est de mieux comprendre comment PAR-5 et ses interacteurs contrôlent la régulation des contractions corticales et, de ce fait, la polarité cellulaire. Dans un essai de capture de la protéine GST (GST pull-down), nous avons identifié plusieurs nouveaux interacteurs de PAR-5. Parmi ceux-ci, nous avons trouvé CAP-2 (protéine de coiffage de l'actine), qui a été identifiée dans des éxpériences de capture de 14-3-3 dans trois systèmes modèles différents. CAP-2 est un hétérodimère des protéines CAP, qui sont impliquées dans la régulation de l'actine. Nous avons trouvé que la déplétion des protéines CAP par interférence à l’ARN dans des vers de type sauvage mène à une augmentation létalité embryonnaire, ce qui suggère que ces protéines jouent un rôle important dans le développement embryonnaire. L'imagerie en temps réel d'embryons déplétés pour les protéines CAP montre qu’ils ont une diminution des contractions corticales avec un sillon de pseudoclivage mois stable, suggérant un défaut dans la régulation du cytosquelette d'actine-myosine. Ceci a également été confirmé par la diminution de la vitesse et du nombre de foci de NMY-2::GFP. En outre, ces embryons montrent une légère diminution de la taille du croissant cortical de PAR-2 lors de la phase d’établissement de la polarité. Les embryons déplétés en CAP-2 montrent également un retard dans la progression du cycle cellulaire, mais le lien entre ce phénotype et la régulation des contractions corticales reste à être précisé. La caractérisation des protéines CAP, des régulateurs du remodelage du cytosquelette, permettra d'améliorer notre compréhension des mécanismes qui sous-tendent l'établissement et le maintien de la polarité cellulaire, et donc la division cellulaire asymétrique. / Asymmetric cell division is a crucial step in organism development, as it allows the generation of cellular diversity. In order to achieve asymmetric division cells need to polarize their cell fate determinants and properly orient their mitotic spindle before division. The C. elegans embryo is a powerful and widely used model to study asymmetric cell division. In the embryo the sperm entry site determines the anterior-posterior axis of polarity. In the newly fertilized embryo, shortly after meiosis, the cortex is uniformly contractile and the conserved PAR-3/PAR-6/PKC-3 complex (hereafter referred to as the PAR-3 complex) is localised on the entire cortex. Entry of the sperm triggers posterior smoothening and anterior-directed cortical flows. Asymmetric cortical contractions result in the formation of an anterior domain containing the PAR-3 complex, while the posterior-pole cortex, depleted of the PAR-3 complex, is enriched in PAR-2 and PAR-1 proteins. Therefore PAR domains define an anterior and a posterior pole of the embryo in response to cytoskeleton remodelling. The PAR-4 and PAR-5 proteins remain localized uniformly throughout the embryo. Intriguingly, the PAR proteins exert a feedback regulation on cortical contractility. PAR-5, one of the lately identified PAR proteins, was shown to be an ortholog of the adaptor protein 14-3-3 and to play an important role in cortical contractility. Despite its central role in cortical contractility and henceforth the polarization process, little is known on how PAR-5 regulates cortical contractility. The aim of this project is to better understand the regulation of cortical contractions via the PAR-5 protein and its interactors, and how they control cell polarity. In a GST pull down assay we identified several new interactors of PAR-5. Among these we found CAP-2 (actin capping protein), which was also pulled down with 14-3-3 in three different model systems. CAP-2 has been implicated in actin regulation. Interestingly we found that depletion of CAP proteins by RNA interference in wild type worms results in increased embryonic lethality, suggesting an important role in embryonic development. Live imaging of embryos depleted of CAP proteins shows that these embryos have decreased cortical contractions with a less stable pseudo cleavage furrow, indicating a defect in the regulation of the actin-myosin cytoskeleton. This was further confirmed by the decreased velocity and the number of NMY-2::GFP foci in CAP depleted embryos. Furthermore, these embryos show mild decrease in PAR-2 domain size during the polarity establishment phase. cap-2(RNAi) embryos also show a delay in cell cycle progression, however the role of the cell cycle delay in the regulation of cortical contractions has to be determined. The characterization of CAP proteins, which are cytoskeleton-remodeling regulators, will improve our understanding of the mechanisms underling the establishment and maintenance of cell polarity, and thereby asymmetric cell division.