Fakultät für Physik - Digitale Hochschulschriften der LMU - Teil 01/05 Archiv

Trace gas measurements of NO, NOy, CO and O3 performed on board the DLR aircraft Falcon are used to examine the interhemispheric differences for midlatitudes during local autumn. The measurements were part of the INCA campaign (Interhemispheric differences in cirrus properties due to anthropogenic emissions). Major deployment sites were Punta Arenas, Chile (53°S) and Prestwick, Scotland (55°N). In addition, the meridional distribution of trace gases measured during the transfer flights between Germany and Chile were analysed for latitudes between 60°N and 60°S. Median mixing ratios of NO, NOy, CO and O3 in the upper troposphere in the investigation area near Prestwick exceed the observed concentrations in Punta Arenas by factors of 4.5, 3, 1.5 and 1.2, respectively, due to the influence of convective vertical transport of polluted boundary layer air and aircraft emissions. The INCA measurements at northern midlatitudes agree well with the data of previous campaigns such as NOXAR and POLINAT 2. Based on selected case studies net ozone production was calculated from O3, NO, CO and H2O measurements. For these estimates the chemical reactions with hydrocarbons were neglected and model results were used for the ozone photolysis frequency and the OH concentrations. The results for Punta Arenas show net ozone production for the upper troposphere, but net ozone destruction for the middle troposphere due to the very low NO levels observed there. For northern midlatitudes a significant net ozone production was calculated for the middle and upper troposphere caused by the higher concentration levels of ozone precursors in the region of the North Atlantic flight corridor. The meridional trace gas distributions in the upper troposphere show strongly enhanced CO and NOy concentrations over tropical South America. These air masses encountered deep convection over the Amazon basin and are distributed over a large area due to an upper level anticyclonic flow over South America, which is typical for the wet season. Long-distance transport of CO emissions from West African biomass burning sites partly contributes to the high CO concentrations over the tropics. Comparisons of the INCA measurements for the Southern midlatitudes with the chemical transport model MOZART show that CO and NOy concentrations over Punta Arenas are overestimated by the model. Probably the assumptions for the local surface emissions and the long-distance transport of biomass burning emissions are too high. In addition the tropopause height simulated by the model is too low. Except for the tropopause region the model simulates ozone and nitrogen oxides in good agreement with the observations. The net chemical ozone production calculated by the model agrees well with the estimates based on the measurements. For comparison with the INCA data for the northern midlatitudes model simulations of MOZART and NILU were used. The measured CO profile over Prestwick was well represented by the regional NILU simulation. In contrast, the MOZART model sometimes showed more than twice the amount of CO observed. This can be caused by the rough resolution of the model and the assumption of too high surface emissions in Europe. The observed trace gas distributions of NO, NOy and O3 are well reproduced by the model. For the upper troposphere the net ozone productions calculated by the models agree well with the results of this study calculated directly from the observations. Only in the middle troposphere lower net ozone production rates than simulated by the CTM were calculated from the observations due to the neglection of the hydrocarbon chemistry.

This doctoral thesis presents new approaches for the characterisation of ultrafast energy flow in complex systems, based on concepts of coherent control. By initiating a photoreaction with femtosecond pulses whose temporal phase and amplitude are shaped in such a manner that specific molecular vibrations and states are addressed, the energy flow can be steered at will. The comparison between the ensuing energy flow patterns following shaped and unshaped excitation pulses constitutes a differential measurement of the function of the controlled vibrations and states within the photoreaction. Coherent control as a spectroscopic tool is first applied to biological systems, specifically the light harvesting complex LH2 from the photosynthetic purple bacterium Rhodopseudomonas acidophila, and the isolated carotenoid donor of the same complex. The pump-probe method using shaped excitation pulses is shown to be successful for the first time in controlling the natural function of a biological system, namely the flow of excitation energy in the complex network of states in LH2. By means of a closed-loop optimisation of parametrised excitations, a bending mode in the carotenoid donor can be identified as being responsible for steering the energy flow. This bu vibrational mode couples the carotenoid S2-S1 states; its frequency is determined to be 160±25cm-1. Furthermore the deactivation of the carotenoid S2 state in LH2 and in solution is studied with pump-probe and pump-deplete-probe spectroscopy. Here it is shown that there exists an alternative singlet state S*T (1Bu-) involved in the deactivation process, though only in LH2. Its function as a precursor of ultrafast triplet population and as a donor for photosynthetic energy transfer is characterised with a novel evolutionary target analysis of conventional pump-probe spectra. Secondly, coherent control as a measurement technique is applied to another extremely complex system, in this case a material dominated by non-linear interactions with instantaneous dynamics: Propagation of femtosecond pulses in optical fibres that are only a few micrometers in diameter to generate a supercontinuum of optical frequencies. Here shaped pump pulses succeed in resolving for the first time the sequential steps leading to the enormous spectral broadening. Open-loop variations of precompression allows the evolution and fission of optical solitons to be followed, while closed-loop optimisations render observable the coupling of solitons with phase-matched visible frequencies. On atoms, finally, open-loop control of interfering pathways from the ground to the excited state by application of strongly modulated spectra seeks to establish a direct link between coherent control experiments and theory. The novel phenomenon of a Fresnel zone plate in the time domain is first developed in theory and then successfully realised in experiment.

The fully automated in-situ measuring system SIOUX (StratospherIc Observation Unit for nitrogen oXides) has been developed and established under flight conditions. SIOUX is a two channel measuring device designed for the high-altitude research aircraft M55-Geophysica to record reactive nitrogen oxides in the upper troposphere and the lower stratosphere. Channel A detects nitric oxide (NO) and channel B the total reactive nitrogen (NOy), which is reduced to NO on the surface of a heated gold-converter in conjunction with carbon monoxide (CO) as reducing agent. The technique used for the measurement of NO is chemiluminescence. The detection limit of channel A is 6 pmol/mol and of channel B 10 pmol/mol for an integration time of 1 s. The main components of SIOUX are the sample inlet, the detector incorporating the reaction chambers, photomultipliers and ozone generators, the converter, a pumping system, a calibration/operation gas system and the data recording unit. Except for the sample inlet all components are housed in a pressurised aluminium container. This has a length of 1.1 m, a diameter of 0.6 m and a total mass of 250 kg; the maximum power consumption of SIOUX is 1300 W. For aeronautical compliance four test procedures were required to guarantee the flight compatibility of the mechanics and electronics of the device: shock/vibration/EMC (ElectroMagnetic Compatibility)/pressure test. In October 2001 SIOUX was implemented for the first time aboard the M55-Geophysica during a test campaign in Russia. There, the measuring system was monitored under flight conditions and its operation was established for stratospheric conditions. Mixing ratios for NO and NOy were registered up to an altitude of 20 km. In July 2002 SIOUX was used aboard the M55-Geophysica for validation the ENVISAT instrument MIPAS-E in Italy. A comparison was made for the first time between MIPAS-E measurements of nitric acid (HNO3) and SIOUX measurements of NOy-NOx (≈ HNO3 in the altitude range 17 - 20 km). A mean deviation of 20% ± 6% between the MIPAS-E and the SIOUX data was registered.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit einem Modell, das Oszillationen der Massentransferrate in halbgetrennten, kompakten Doppelsternsystemen auf verhältnismäßig großen Zeitskalen erklären kann. Der kompakte Stern, ein Weißer Zwerg, Neutronenstern oder Schwarzes Loch akkretiert Materie von seinem ausgedehnteren Begleiter. Durch die entstehende Akkretionsleuchtkraft wird der masseverlierende Stern bestrahlt und seine äußersten, dem Begleiter zugewandten Schichten werden aufgeheizt. Besitzt der masseverlierende Stern eine konvektive Hülle, so ist sein thermischer Gleichgewichtsradius von der äußeren Bestrahlung abhängig, und der Stern reagiert auf Änderungen in der Bestrahlung auf der Kelvin-Helmholtz-Zeitskala der konvektiven Hülle. Da die Massentransferrate wiederum empfindlich vom Sternradius abhängt, kommt es zu einer Rückkopplung auf den Massentransfer. Dieser Effekt kann dazu führen, daß die stationäre Massentransferrate instabil wird und sich das System quasi immer entweder im "High State" bei erhöhtem Massentransfer oder im "Low State" bei verringertem oder sogar abgeschaltetem Massentransfer befindet. In Frage kommen hierfür Systeme mit einem massearmen Hauptreihenstern oder Riesen als Massegeber, also Kataklysmische Veränderliche (CV) und Massearme Röntgendoppelsterne (LMXB). Es gibt ein auf einfachen Sternmodellen beruhendes analytisches Modell für das Auftreten von Massentransferzyklen sowie einzelne numerische Entwicklungsrechnungen, die auf jenen vereinfachten Modellen basieren. Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit besteht nun darin, dieses analytische Modell und insbesondere die Grenzen der Instabilitätsbereiche durch numerische Rechnungen mit vollen 1D-hydrostatischen Sternmodellen für den masseverlierenden Stern zu bestätigen. Es wird daher zunächst ein impliziter Algorithmus entwickelt, der es ermöglicht, insbesondere das Ein- und Ausschalten des Massentransfers numerisch mit der erforderlichen Genauigkeit zu verfolgen, und der für Langzeitrechnungen möglichst wenig Zeitschritte benötigt. Des weiteren wird das analytische Modell ausführlich mittels linearer Stabilitätsanalyse hergeleitet und diskutiert sowie durch Hinzunahme eines bisher vernachlässigten Terms verbessert. Es ergibt sich schließlich eine einfache Ungleichung als Bedingung für das Auftreten von bestrahlungsinduzierten Massentransferzyklen. Schließlich werden numerische Langzeitentwicklungen sowohl für nuklear unentwickelte als auch nuklear entwickelte Sterne gerechnet. Vergleiche mit dem analytischen Modell zeigen eine recht gute quantitative Übereinstimmung für unentwickelte Sterne. Für stark entwickelte Sterne, für die das analytische Modell formal nicht anwendbar ist, zeigen sich deutliche Unterschiede. Dennoch ist es mit dem verbesserten analytischen Modell nun möglich, für ein vorgegebenes System anzugeben, ob und für welche Parameter Massentransferzyklen auftreten sollten.

Im ersten Teil dieser Arbeit wurden Dauerstrich-Experimente im mittelinfraroten Spektralbereich bei Variation der Probentemperatur an Collagen-Modellsystemen durchgeführt. Durch die Untersuchung temperaturinduzierter Konformationsdynamik in den Modellsystemen konnten subtile Variationen in den Molekülwechselwirkungen nachgewiesen werden. Es gelang die Trennung der Entfaltung differenzierter lokaler Bereiche wie einer labilen Collagenase-Schnittstelle und einem rigiden Homotrimer-Segment. Zur Anpassung der Meßdaten wurde eine neue, einfache und mathematisch leicht zu handhabende Modellfunktion vorgeschlagen. --- Der zweite Teil dieser Arbeit befaßte sich mit Dauerstrich- sowie zeitaufgelösten Untersuchungen im mittelinfraroten Spektralbereich bei konstanter Temperatur an Azo-Peptid-Verbindungen. Die reversible, optisch induzierte Faltungsdynamik in zyklischen Azo-Peptid-Verbindungen konnte direkt mit optischer Spektroskopie nachgewiesen werden. Der Nachweis gelang, daß wichtige Teile der Konformationsdynamik auch im Peptid in weniger als 10 Nanosekunden abgeschlossen sind.

In der vorliegenden Arbeit werden mittels der Einzelmolekül-Fluoreszenzspektroskopie und einer neuartigen Ultrakurzzeit-Photostromkorrelationstechnik der Energietransfer und die Ladungsträgererzeugung in konjugierten Polymeren untersucht. Aufgrund ihrer großen Flexibilität sowohl in Bezug auf die elektronischen und optischen Eigenschaften als auch im Hinblick auf die Verarbeitungsmöglichkeiten erschließen diese molekularen Halbleiter zahlreiche Anwendungsfelder aus der Optoelektronik. Hierzu gehören insbesondere die organischen Leuchtdioden und Photodetektoren, aber auch Laser und Transistoren. Der Energietransfer zwischen einzelnen Untergruppen eines konjugierten Polymermoleküls, sogenannten Chromophoren, wird erstmals durch zeitaufgelöste Einzelmolekülspektroskopie direkt verfolgt. So wird der Transfer von Anregungsenergie zwischen zwei energetisch verschiedenen Chromophoren zeitlich aufgelöst und mit theoretischen Modellen verglichen. Durch die Messung der homogenen Linienbreite der Einzelmolekül-Photolumineszenz bei Temperaturen zwischen T = 5K und T = 300K und deren Auswirkung auf die Mobilität der Anregungen wird in dieser Arbeit der mikroskopische Mechanismus des Energietransfers direkt zugänglich. Es zeigt sich, daß der Energietransfer über die stark temperaturabhängige Linienbreite der Absorption und Emission der einzelnen Chromophore kontrolliert wird. Die Messung der Polarisations-Anisotropie des konjugierten Polymers gibt Aufschluß über die relative Orientierung der Chromophore zueinander. Es zeigt sich, daß eine geeignete Molekülgeometrie in Verbindung mit dem Energietransfer zu einer hochgradig polarisierten Emission von Photolumineszenz selbst bei unpolarisierter Anregung führt. Mit einer neuartigen Kombination von optischer Ultrakurzzeitspektroskopie und Photostrommessungen wird die Photoerzeugung von Ladungsträgern in Polymer-Dünnschichtdioden mit einer Zeitauflösung im sub-Pikosekunden Bereich verfolgt. Erstmals gelingt damit der direkte Nachweis, daß alle freien Ladungsträger durch zeitverzögerte Dissoziation von optisch generierten Exzitonen auf der Zeitskala der Exzitonenlebensdauer von 100 ps erzeugt werden. Darüberhinaus wird die ultraschnelle Dissoziation ”heißer“ Exzitonen binnen 0.1 Pikosekunden beobachtet, die jedoch nicht freie Ladungsträger erzeugt, sondern schwach Coulomb-gebundene Paare von Ladungsträgern, sogenannte Polaronenpaare. Die Polaronenpaare weisen eine verschwindende Lumineszenzausbeute auf, tragen aber auch nicht zum Photostrom bei und stellen daher einen Verlustkanal für Polymer-Leuchtdioden und für organische Solarzellen dar. Der quantitative Vergleich mehrerer ultrakurzzeitspektroskopischer Signale erlaubt erstmals eine quantitative Bestimmung der Erzeugung von Polaronenpaaren ohne die Annahme weiterer Materialparameter. An zwei Modellsystemen effizienter organischer Polymer-Photodioden, nämlich Mischsystemen aus einem konjugierten Polymer mit dem Elektronenakzeptor C60, wird die Bedeutung der Polaronenpaare für organische Photodetektoren nachgewiesen. Wiederum durch die Kombination der Ultrakurzzeitspektroskopie mit Photostrommessungen kann eindeutig zwischen freien Ladungsträgern und Polaronenpaaren unterschieden und deren Population getrennt verfolgt werden. Die zentrale Rolle der Polaronenpaare für die Photostrom-Quantenausbeute in verschiedenen organischen Nanokompositen wird herausgearbeitet. Es zeigt sich, daß die makroskopisch beobachtete Diskrepanz zwischen der Zahl dissoziierter Anregungen und der Zahl detektierter freier Ladungsträger auf der Tendenz einiger Materialien beruht, die Erzeugung von Polaronenpaaren mit einer hohen Rekombinationswahrscheinlichkeit zu begünstigen.

Galaxy formation is one of the most fascinating topics of modern cosmology. Since time immemorial, people have desired to understand the origin, motion and evolution of planets, stars and, more recently, galaxies and the Universe as a whole. Great advances in astronomy always have had impact on philosophy and redefined the self-understanding of mankind within the Universe. The first milestone on the long road of discoveries was undoubtedly the formulation of the laws of gravity and mechanics in 1687 by Newton. Einstein's extension of these laws in the years 1905 and 1913 led to a revolutionised understanding of space and time. In 1929 Hubble established the expanding Universe which subsequently led to the postulation of the hot Big Bang by Lemaitre (1934). Zwicky (1933) found that most of matter in the Universe is dark. The nature of this matter, interacting only through gravity and perhaps through the weak interaction, is still a mystery. Finally, Penzias and Wilson (1965) discovered the cosmic microwave background radiation, not only confirming the theory of the Big Bang, but also - as was observed later - revealing the origin of structure in the Universe. Today, cosmology and especially galaxy formation are fast paced exciting scientific fields. Surveys like the Sloan Digital Sky Survey will soon provide a catalogue of about 500 million galaxies with an unprecedent wealth of data. Deep observations with 8 or 10 m telescopes or with the Hubble Space telescope allow to observe objects in their very early evolutionary stages. In addition to this, the dramatic increase in computer power now allows us to carry out numerical experiments on galaxies and even on the large scale structure of the Universe. The latter is possible because of the extraordinary fact that as a result of microwave background observations the properties of the Universe some 300,000 years after the Big Bang are well known. As ordinary matter makes up only about ten percent of the total matter in the Universe, it can be neglected in simulations in a first approximation. An initial density field can then be evolved under the sole influence of gravity. The result of such simulations may be combined with semi-analytic models for the baryonic physics associated with galaxy formation. Gravity is a long range force, and it turns out that length scales of 100 Mpc or more have to be included in large scale structure simulations in order to obtain results that are representative for the Universe as a whole. The sizes of galaxies, however, are three to four orders of magnitude smaller than this so that numerical resolution has always been a concern in simulations which try to include galaxy formation. A clever and powerful trick alleviates this problem. After a low-resolution simulation has been performed, a small region of interest is selected and the simulation is run again, this time concentrating most of the computational effort on the small region, allowing the resolution to be increase dramatically without losing tidal influences from the large cosmological volume. This technique - called resimulation - is the driving force behind all the simulations that were performed for this thesis. After having run about 1500 supercomputer jobs it is clear that this technique is extremely powerful and allows the faithful simulation of objects that are far into the regime of non-linear evolution while taking into account the full cosmological context. In the first chapter of this work we briefly introduce aspects of the observable Universe and discuss the relevant theoretical background for this thesis. In the second chapter we use high-resolution simulations of structure formation to investigate the influence of the local environment of dark matter haloes on their properties. We run a series of four re-simulations of a typical, carefully selected representative region of the Universe so that we can explicitly check for convergence of the numerical results. In our highest resolution simulation we are able to resolve dark matter haloes as small as the one of the large Magellanic cloud. We propose a new method to estimate the density in the environment of a collapsed object and find weak correlations of the spin parameter and the concentration parameter with the local halo density. We find no such correlation for the halo shapes, the formation time and the last major merging event. In a second step we produce catalogues of model galaxies using a semi-analytic model of galaxy formation. We find correlations between the bulge-to-disk luminosity and the B-V colour index with the local environment. In chapter three we compare observations of the internal structure and kinematics of the eleven known satellites of the Milky Way with simulations of the formation of its dark halo in a LambdaCDM universe. Earlier work by Moore et al. 1999 and Klypin et al. 1999 claimed the cosmological concordance model of the Universe, the LambdaCDM model, to disagree with observations. The so-called "substructure-problem" is one of the two major challenges for this model and has attracted much attention. In order to remove the discrepancy, changes of the cosmological model have been proposed. We reinvestigate the substructure-problem using our ultra-high resolution simulations. For a galaxy-sized dark matter halo, our mass resolution is the highest resolution ever achieved. In contrast to the work of Moore et al. 1999 and Klypin et al. 1999, we find excellent agreement. The observed kinematics are exactly those predicted for stellar populations with the observed spatial structure orbiting within the most massive "satellite" substructures in our simulations. Less massive substructures have weaker potential wells than those hosting the observed satellites. If there is a halo substructure "problem", it consists in understanding why halo substructures have been so inefficient in making stars. We find that suggested modifications of dark matter properties (e.g. self-interacting or warm dark matter) may well spoil the good agreement found for standard Cold Dark Matter. If the dark matter in the Universe is made of weakly self-interacting particles, they may self-annihilate and emit gamma-rays. The detection of the gamma-ray signal would finally, after seventy years since its discovery, shed light on the nature of the dark matter. In chapter four we use our ultra-high resolution numerical simulations to estimate directly the annihilation flux from the central region of the Milky Way and from dark matter substructures in its halo. Such estimates remain uncertain because of their strong dependence on the structure of the densest regions of the halo. Our numerical experiments suggest, however, that less direct calculations have typically overestimated the emission from the centre of the Milky Way and from its halo's substructure. We find an overall enhancement of at most a factor of a few with respect to a smooth halo of standard NFW structure. For an observation outside the region around the galactic centre where the diffuse galactic gamma-ray background is dominant, GLAST can probe a large region of possible MSSM models. This result is independent of the exact structure of the innermost region of the Galaxy. Our analysis shows that the flux from the inner galaxy exceeds the expected contribution from the brightest substructure by a large factor. Nevertheless, for certain MSSM models substructure halos might be detectable with GLAST.

In this thesis we describe the one-way quantum computer (QCc), a scheme of universal quantum computation that consists entirely of one-qubit measurements on a highly entangled multi-particle state, the cluster state. We prove universality of the QCc, describe the underlying computational model and demonstrate that the QCc can be operated fault-tolerantly. In Chapter 2 we show that the QCc can be regarded as a simulator of quantum logic networks. In this way, we give the universality proof and establish the link to the network model, the common model of quantum computation. We also indicate that the description of the QCc as a network simulator is not adequate in every respect. In Chapter 3 we derive the computational model underlying the one-way quantum computer, which is very different from the quantum logic network model. The QCc has no quantum input, no quantum output and no quantum register, and the unitary gates from some universal set are not the elementary building blocks of QCc-quantum algorithms. Further, all information that is processed with the QCc are the outcomes of one-qubit measurements and thus processing of information exists only at the classical level. The QCc is nevertheless quantum mechanical as it uses a highly entangled cluster state as the central physical resource. In Chapter 4 we show that there exist nonzero error thresholds for fault-tolerant quantum computation with the QCc. Further, we outline the concept of checksums in the context of the QCc which may become an element in future practicable and adequate methods for fault-tolerant QCc-computation.

Das Ziel dieser Dissertation ist die spektroskopische Studie von extragalaktischen Kugelsternhaufensystemen. Ihre Motivation ist das bessere Verstaendnis der Bildung und Entwicklung dieser Kugelsternhaufensysteme und ihrer Wirtsgalaxien. Zu diesem Zweck werden spektroskopische Linienindices des integrierten Lichts einzelner extragalaktischer Kugelsternhaufen gemessen, aus denen das Alter, die Metallizitaet und das Haeufigkeitsverhaeltnis von alpha-Elementen zu Eisen (im folgenden [alpha/Fe]) abgeleitet werden kann. Dies erlaubt detaillierte Rueckschluesse auf ihre Entstehungsepochen und -mechanismen.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich im ersten Teil mit der Verteilung und den Eigenschaften der Populationen von Röntgendoppelsternen in der Milchstraße. Im zweiten Teil geht es um den Zusammenhang zwischen der Sternentstehungsrate einer Galaxis mit dem Auftreten Sternsysteme mit einem massiven optischen Begleiter (HMXB). Der Fortschritt bei Entfernungsbestimmungen erlaubt erstmals, die dreidimensionale Verteilung von Röntgendoppelsternen in unserer Milchstraße zu untersuchen. Dadurch können Rückschlüsse auf die Entstehung von Sternpopulationen gezogen werden. Die zahlreich vorhandenen Entfernungsbestimmungen erlauben zudem erstmals die Erstellung einer Leuchtkraftverteilung von Röntgendoppelsternen in der Milchstraße. Dies ist von besonderer Bedeutung für den Vergleich mit anderen Galaxien, da in diesen Fällen aufgrund der großen Entfernungen die beobachtete Helligkeitsverteilung gleich der Leuchtkraftverteilung ist. Man erwartet, daß die Population von HMXBs mit der Sternentstehungsrate gekoppelt ist, da der optische Begleitstern eine niedrige Lebenserwartung hat. Die einfachste Annahme ist, daß die Zahl der HMXBs proportional zur Sternentstehungsrate der letzten wenigen Jahrmillionen ist. Dies wird durch eine Normierung der Leuchtkraftfunktion ausgedrückt, die proportional zur Sternentstehungsrate ist. Um diesen Zusammenhang zu untersuchen, wurden die Leuchtkraftfunktionen mehrerer Galaxien, die mit dem Chandra-Röntgenteleskop beobachtet worden sind, verwendet. Die Untersuchung der verschiedenen Leuchtkraftverteilungen der verwendeten Galaxien ergibt, daß die Form der Leuchtkraftverteilung für alle Galaxien gleich ist und die Normierung proportional zur Sternentstehungsrate ist. Die Universalität der Leuchtkraftfunktion ergibt, daß die Anzahl und Gesamtleuchtkraft von HMXBs ein guter Indikator für die Sternentstehungsrate in Galaxien ist.

This work investigates the possibilities of ground-state chemistry by exciting molecular vibrations with femtosecond pulses in the mid-infrared. Vibrational ladder-climbing to high excitation levels (v=7-8) provides the necessary energy for bond scission. This excitation scheme was demonstrated with metal carbonyls and diazomethane. Only ultrashort laser pulses allow for excitation and subsequent reaction on a time scale faster than the statistical energy redistribution (IVR).

Aus vielen voneinander unabhängigen Überlegungen wird klar, daß die Raum-Zeit im Kleinen, oder mit sehr großen Energien betrachtet, in irgendeiner Form nichtkommutativ oder quantisiert sein muss. Diese Arbeit beschäftigt sich mit zwei verschiedenen Arten der Nichtkommutativität der Raum-Zeit und mit eichtheoretischen Modellen auf solchen Räumen. Wir werden die nichtkommutativen Konzepte via eines Isomorphismus auf kommutative Räume übertragen. Die Information über die nichtkommutative Struktur versteckt sich in einem neuen nichtabelschen Produkt, dem sogenannten *-Produkt. Das Sternprodukt ist gegeben durch eine störungstheoretische Formel. Daher ist der kommutative Limes, in dem die Nichtkommutativität verschwindet, und die gewohnten Strukturen zurückkehren, sehr gut erkennbar. Wir betrachten also die Konstruktion des Sternproduktes als ersten Schritt in Richtung feldtheoretischer Modelle auf einem nichtkommutativen Raum. So werden im ersten Teil die Sternprodukte für den 4-dimensionalen q-deformierten Euklidischen und Minkowski Raum in Normalordnung berechnet. Hier für können wir geschlossene Ausdrücke angeben. Allerdings werden q-deformierte Räume in dieser Arbeit nicht weiter verfolgt. Stattdessen werden wir uns mit kanonisch deformierten und kappa-deformierten Räumen befassen. Kanonisch deformierte Räume haben den Nachteil, dass die klassischen Symmetrien gebrochen sind. Dagegen erlauben sowohl q- als auch kappa-deformierte Räume verallgemeinerte Symmetriestrukturen. Die Symmetrien werden durch Quantengruppen beschrieben. Rechnerisch sind kanonische Strukturen leichter handzuhaben. Wir werden das Standardmodell der Elemetarteilchenphysik auf kanonischer Raum-Zeit formulieren. Dabei legen wir großen Wert darauf, zu zeigen, dass sowohl der Higgs Mechanismus als auch der Yukawa Sektor im nichtkommutativen Modell implementiert werden können. Wir entwickeln die Wirkung störungstheoretisch bis zur ersten Ordnung in der Nichtkommutativität. Die zusätzlichen Terme in erster Ordnung entsprechen neuen Wechselwirkungen. Diese neuen Wechselwirkungen haben weitreichende phänomenologische Bedeutung und erlauben eine experimentelle Suche nach Anzeichen, die auf die Nichtkommutativität der Raum-Zeit hindeuten. Darüber hinaus sind wir bemüht, auch Modelle auf kappa-deformierten Räumen zu betrachten, die sowohl eine verallgemeinerte Poincare' Symmetry besitzen, als auch symmetrisch unter einer beliebigen Eichgruppe sind. Dabei legen wir der Eichtheorie die gleichen Konzepte zugrunde wie im Falle der kanonischen Raum-Zeit. Da die Strukturen vielfältiger sind, werden wir auf interessante Unterschiede stoßen. So ist das Eichfeld nicht nur ein Element der einhüllenden Algebra der Eichgruppe, sondern auch der Poincare' Gruppe. Für die Formulierung von Lagrange-Modellen fehlt allerdings im Moment noch ein invariantes Integral. Feldgleichungen können allerdings hergeleitet werden. Wir werden, auf eindeutige Weise, eine kappa-Poincare' kovariante Klein-Gordon und Dirac Gleichung aufstellen. Weiters werden wir alle Ergebnisse in den *-Formalismus und auf kommutative Räume übersetzen.