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1	Non-linear gravitational collapse in extended gravity theories von Braun-Bates, F. January 2017 (has links) General Relativity (GR) is one theory amongst a wider range of plausible descriptions of the Universe. The aim of this thesis is to examine the behaviour of so-called screened theories, which are designed to avoid local tests of modified gravity (MG). We establish that these theories may be treated in a unified manner in the context of halo formation. A prerequisite for this is the clarification that the quasi-static approximation can be applied in cosmologically-plausible scenarios. Amongst the plethora of MG theories, we select three, each of which exhibit a different form of screening. This describes a self-concealing property whereby each theory behaves like GR in the conditions of the local Universe. Only at regions of high energy density (chameleon), large coupling to matter (symmetron) or large derivatives of the scalar field (Vainshtein) does their modified behaviour emerge. We examine f(R), symmetron and DGP gravity in the context of non-linear gravitational collapse for the remainder of the thesis. Relativistic scalar fields are ubiquitous in our modern understanding of structure formation. They arise as candidates for dark energy and are at the heart of many modified theories of gravity. While there has been tremendous progress in calculating their effects on large scales there are still open questions on how to best quantify their effects on smaller scales where non-linear collapse becomes important. In these regimes, it has become the norm to use the quasi-static approximation in which the time evolution of perturbations in the scalar fields are discarded, akin to what is done in the context of non-relativistic fields in cosmology and the corresponding Newtonian limit. We show that considerable care must be taken in this regime by studying linearly perturbed scalar field cosmologies and quantifying the error that arise from taking the quasi-static limit. We focus on f(R) and chameleon models to assess the impact of the quasi-static approximation and discuss how it might affect studying the non-linear growth of structure in N-body numerical simulations. The halo mass function (HMF) n(M) dM is the number of haloes with mass in the range [ M, M+dM ] per unit volume. It has two remarkable properties which render it a useful probe of extensions to general relativity (GR). On the one hand, it is (nearly-)universal, in the sense that it can be written in a form (f(v) which is (practically) insensitive to changes in redshift and cosmological parameters and redshift. We develop a method to generalise fitting functions derived in GR to a variety of screened MG theories, in order to examine whether they are universal in the sense of being insensitive to MG. On the other hand, the HMF is sensitive to both the expansion history of the universe and the non-linear behaviour of spherical collapse via the critical density parameter and the matter power spectrum via the halo resolution. This greatly complicates the theoretical framework required to calculate the HMF, particularly given the sensitivity of chameleon MG to the surrounding environment. We explore a variety of new and existing methods to do so. Finally we re-calibrate the MG halo mass functions with the same rigour as has been done in GR. An important indicator of modified gravity is the effect of the local environment on halo properties. This paper examines the influence of the local tidal structure on the halo mass function, the halo orientation, spin and the concentration-mass relation. We generalise the excursion set formalism to produce a halo mass function conditional on large-scale structure. Our model agrees well with simulations on large scales at which the density field is linear or weakly non-linear. Beyond this, our principal result is that f(R does affect halo abundances, the halo spin parameter and the concentration-mass relationship in an environment-independent way, whereas we find no appreciable deviation from LCDM for the mass function with fixed environment density, nor the alignment of the orientation and spin vectors of the halo to the eigenvectors of the local cosmic web. There is a general trend for greater deviation from LCDM in under-dense environments and for high-mass haloes, as expected from chameleon screening. Given the broad spectrum of MG theories, it is important to design new probes of MG. Despite the fact that we examine only three theories of MG, the techniques and methodology developed in this thesis can be applied to a wide variety of theories and can be extended to improve the results in this work.
2	Ionization of diatomic molecules in intense laser fields Hussien, Abdou Mekky Mousa 06 October 2015 (has links) In dieser Arbeit wurde die Ionisation einiger zweiatomiger Moleküle (H2, N2 und O2) in intensiven Laserfeldern untersucht. Hierbei wurden verschiedene Modelle zur Beschreibung der Tunnelionisation sowohl untereinander als auch mit der Lösung der zeitabhängigen Schrödingergleichung (TDSE) verglichen. Die kernabstandsabhängige Ionisationswahrscheinlichkeit wurde für verschiedene Intensitäten betrachtet und die Gültigkeit modifizierter atomarer bzw. Molekularer Modelle zur Beschreibung der Tunnelionisation analysiert. Es wurde herausgefunden, dass Modelle, die auf der quasistatischen Näherung beruhen (wo die Ionisation unabhängig von der Frequenz des Laserfeldes ist), nur in einem kleinem Frequenz- und Intensitätsbereich hinreichend genaue Ergebnisse liefern, dem Tunnelregime. Modelle mit einem frequenzabhängigen Faktor stimmen hingegen sowohl im Tunnel- als auch im Mehrphotonenregime mit den genaueren TDSE Ergebnissen überein. Weiterhin wird auch die Abweichung zur Franck-Condon Näherung verdeutlicht. Es wurde ein kleiner Einfluss auf die Revival-Zeit des im Wasserstoffmolekül-Ion gestarteten Wellenpakets gefunden. Die Berücksichtigung von Bond-Softening führt weiterhin zu einer Verringerung der Revival-Zeit mit steigender Spitzenintensität des Lasers. Außerdem wird die Anisotropie der Ionisation von H2 als Funktion der Laserintensität in linear und zirkular polarisiertem Licht mit dem molekularen Tunnelmodell MO-ADK untersucht. Gute Übereinstimmung mit den experimentellen Beobachtungen wurde gefunden, insbesondere wenn der Effekt des Fokusvolumens des Laserfeldes berücksichtigt wird. Die Anwendbarkeit des Zwei-Zentren-Modells auf größere Moleküle, N2 und O2, wird ebenfalls getestet. Es wird beobachtet, dass dies für N2 (symmetrisches HOMO) funktioniert, für O2 (asymmetrisches HOMO) jedoch nicht. / The ionization of some diatomic molecules, H2, N2, and O2, exposed to intense laser fields has been studied by comparing various molecular tunneling–ionization models with each other and with the numerical solution of the time-dependent Schrödinger equation (TDSE). The internuclear-distance dependent ionization yields over a wide range of laser peak intensities are investigated and the validity of the modified atomic and molecular tunneling models is examined. It is found that those models that depend on the quasi-static approximation, where ionization is independent on the oscillation frequency of the applied laser field, are useful for laser-induced ionization processes in only a very small region of the frequency and intensity domain of laser fields, i.e. in the tunneling regime. The models that include a frequency dependent factor are in a good agreement with the accurate TDSE calculations in both the multiphoton and the tunneling ionization regimes. Furthermore, the deviation from Franck-Condon-like distribution is also clarified. A small effect on the revival time of the vibrational wavepacket of hydrogen molecular ion, due to this deviation, has been found. Consideration of the bond-softening effect leads to a decrease in the revival time with increasing laser-peak intensity. The anisotropy of H2 as a function of laser intensity in linear and circular polarized fields using molecular tunneling model (MO-ADK) are also studied and a good agreement with the experimental observations, especially if the focal volume of the laser field is considered, has been obtained. The applicability of the two-center model for larger molecules, N2 and O2, is tested. It is found that it works with N2 (symmetric HOMO) but fails in O2 (ansymmetric HOMO). Wasserstoff Molekül Ionisation Intensiven Laserfeldern Quasistatischen Näherung Kernwellenpakete Tunnelprozesses zirkulare Polarisierung Molecular hydrogen Ionization Intense-laser field Quasi-static Approximation Vibrational wavepackets Tunneling process Circular polarization 530 Physik 29 Physik, Astronomie UH 5618 UM 2550 ddc:530
3	Methodenentwicklung zur Simulation von Strömungen mit freier Oberfläche unter dem Einfluss elektromagnetischer Wechselfelder Beckstein, Pascal 16 February 2018 (has links) (PDF) Im Bereich der industriellen Metallurgie und Kristallzüchtung treten bei zahlreichen Anwendungen, wo magnetische Wechselfelder zur induktiven Beeinflussung von leitfähigen Werkstoffen eingesetzt werden, auch Strömungen mit freier Oberfläche auf. Das Anwendungsspektrum reicht dabei vom einfachen Aufschmelzen eines Metalls in einem offenen Tiegel bis hin zur vollständigen Levitation. Auch der sogenannte RGS-Prozess, ein substratbasiertes Kristallisationsverfahren zur Herstellung siliziumbasierter Dünnschichtmaterialien, ist dafür ein Beispiel. Um bei solchen Prozessen die Interaktion von Magnetfeld und Strömung zu untersuchen, ist die numerische Simulationen ein wertvolles Hilfsmittel. Für beliebige dreidimensionale Probleme werden entsprechende Berechnungen bisher durch eine externe Kopplung kommerzieller Programme realisiert, die für Magnetfeld und Strömung jeweils unterschiedliche numerische Techniken nutzen. Diese Vorgehensweise ist jedoch im Allgemeinen mit unnötigem Rechenaufwand verbunden. In dieser Arbeit wird ein neu entwickelter Methodenapparat auf Basis der FVM vorgestellt, mit welchem sich diese Art von Berechnungen effizient durchführen lassen. Mit der Implementierung dieser Methoden in foam-extend, einer erweiterten Version der quelloffenen Software OpenFOAM, ist daraus ein leistungsfähiges Werkzeug in Form einer freien Simulationsplattform entstanden, welches sich durch einen modularen Aufbau leicht erweitern lässt. Mit dieser Plattform wurden in foam-extend auch erstmalig dreidimensionale Induktionsprozesse im Frequenzraum gelöst. Metallurgie Kristallzüchtung Elektroprozesstechnik elektromagnetisches Prozessieren Optimierung Simulation RGS Ribbon-Growth on Substrate freie Oberfläche Interface-Tracking Induktion metallurgische MHD MHD Magnetodynamik Hydrodynamik Thermodynamik Magnetohydrodynamik OpenFOAM foam-extend Methodenentwicklung Softwareplattform Numerische Methoden Strömung mit freier Oberfläche Metalle Halbmetalle Silizium Wafer 3D METIS FVM Finite-Volumen-Methode elektromagnetische Wechselfelder zeitharmonische Anregung Frequenzraum Blockmatrizen diskontinuierliche Materialeigenschaften magnetische Permeabilität elektrische Leitfähigkeit eingebettete Diskretisierung GFM Ghost-Fluid-Methode Mehrfeldproblem Multi-Physics Biot-Savart Biot-Savart-Gesetz Biot-Savart-Induktoren überlagerte Gitter ALE Gitterbewegung Kopplung FAM Finite-Flächen-Methode RMF rotierendes Magnetfeld TMF wanderndes Magnetfeld Validierung Maxwell Maxwell-Gleichungen Navier-Stokes Navier-Stokes-Gleichung inkompressibel Schmelze Lorentz-Kraft Induktor Konduktor Induktionsspulen Wirbelströme Wirbelstromproblem PISO Oberflächenspannung semi-gekoppelter Lösungsalgorithmus Diskretisierung Skineffekt AC quasistatische Approximation Magneto-Quasistatik metallurgy crystal growth electromagnetic processing optimization Simulation RGS Ribbon-Growth on Substrate free-surface interface-tracking Induction metallurgical MHD MHD magnetodynamics hydrodynamics thermodynamics magnetohydrodynamics OpenFOAM foam-extend method development software platform numerical methods free-surface flow metals metalloids silicon wafer 3D METIS FVM Finite-Volumen-Method oscillating magnetic fields time-harmonic excitation frequency domain block-matrices discontinuous material properties magnetic permeability electrical conductivity embedded discretization GFM Ghost-Fluid-Method multi-physics Biot-Savart Biot-Savart-inductor overlapped meshes ALE mesh movement coupling FAM Finite-Area-Method RMF rotating magnetic field TMF traveling magnetic field validation Maxwell Maxwell-equations Navier-Stokes Navier-Stokes-equation incompressible melt melt flow Lorentz-force inductor conductor induction coil eddy-currents eddy-current problem PISO surface-tension semi-coupled solution discretization skin effect AC quasi-static approximation ddc:620 rvk:UF 4600
4	Methodenentwicklung zur Simulation von Strömungen mit freier Oberfläche unter dem Einfluss elektromagnetischer Wechselfelder Beckstein, Pascal 08 January 2018 (has links) Im Bereich der industriellen Metallurgie und Kristallzüchtung treten bei zahlreichen Anwendungen, wo magnetische Wechselfelder zur induktiven Beeinflussung von leitfähigen Werkstoffen eingesetzt werden, auch Strömungen mit freier Oberfläche auf. Das Anwendungsspektrum reicht dabei vom einfachen Aufschmelzen eines Metalls in einem offenen Tiegel bis hin zur vollständigen Levitation. Auch der sogenannte RGS-Prozess, ein substratbasiertes Kristallisationsverfahren zur Herstellung siliziumbasierter Dünnschichtmaterialien, ist dafür ein Beispiel. Um bei solchen Prozessen die Interaktion von Magnetfeld und Strömung zu untersuchen, ist die numerische Simulationen ein wertvolles Hilfsmittel. Für beliebige dreidimensionale Probleme werden entsprechende Berechnungen bisher durch eine externe Kopplung kommerzieller Programme realisiert, die für Magnetfeld und Strömung jeweils unterschiedliche numerische Techniken nutzen. Diese Vorgehensweise ist jedoch im Allgemeinen mit unnötigem Rechenaufwand verbunden. In dieser Arbeit wird ein neu entwickelter Methodenapparat auf Basis der FVM vorgestellt, mit welchem sich diese Art von Berechnungen effizient durchführen lassen. Mit der Implementierung dieser Methoden in foam-extend, einer erweiterten Version der quelloffenen Software OpenFOAM, ist daraus ein leistungsfähiges Werkzeug in Form einer freien Simulationsplattform entstanden, welches sich durch einen modularen Aufbau leicht erweitern lässt. Mit dieser Plattform wurden in foam-extend auch erstmalig dreidimensionale Induktionsprozesse im Frequenzraum gelöst. info:eu-repo/classification/ddc/620 ddc:620

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