Laboratory astroparticle physics

Abstract:

An extension to the wave packet description of quantum plasmas is presented, where the wave packet can be elongated in arbitrary directions. A generalised Ewald summation is constructed for the wave packet models accounting for long-range Coulomb interactions and fermionic effects are approximated by purpose-built Pauli potentials, self-consistent with the wave packets used. We demonstrate its numerical implementation with good parallel support and close to linear scaling in particle number, used for comparisons with the more common wave packet employing isotropic states. Ground state and thermal properties are compared between the models with differences occurring primarily in the electronic subsystem. Especially, the electrical conductivity of dense hydrogen is investigated where a 15% increase in DC conductivity can be seen in our wave packet model compared to other models.

Abstract:

Der universitäre Beitrag zum Aufbau der Large Size Telescopes (LSTs) als Bestandteil des Cherenkov Telescope Arrays wird im Verbund mit den beteiligten Max-Planck Instituten und DESY-Zeuthen im Rahmen der internationalen Kooperation geleistet. Die Förderung im Rahmen von ErUM zum Thema Universum ermöglicht den universitären Partnern somit den Zugang zu Großgeräten der Astroteilchenphysik. In dem hier geförderten Teilprojekt an der Universität Hamburg wird der Aufbau und Optimierung von Komponenten und Methoden für die ersten vier LSTs am Standort La Palma gefördert. Mit den bereitgestellten Förderungsmitteln konnten nach der Unterbrechung der Förderung zwischen 2017 und 2020 die Arbeiten zur Kalibration der Instrumente wieder aufgenommen und intensiviert werden. Neben der Projektleitung hat Dr. Martin Tluczykont und Ali Baktash (Promotion) mit Unterstützung von studentischen Hilfskräften den wissenschaftlichen Teil der Arbeiten ausgeführt. Weiterhin haben Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen der mechanischen Werkstatt die Anfertigung von Aktuatoren für die Spiegelhalterung übernommen. Der Schwerpunkt der Arbeiten lagen in der Entwicklung von einer Methode, um anhand von zwei CCD-Kameras die Ausrichtung der optischen Achsen des Cherenkovteleskops und die relative Position der Cherenkovkamera in Himmelskoordinaten zu kontrollieren. Ein weiterer wissenschaftlicher Beitrag ist das EASpy-Paket, mit dem sich Luftschauer auch bei sehr großen Zenitwinkeln verlässlich und schnell simulieren lassen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Simulationsprogrammen können so Beobachtungen bei großen Zenitwinkeln mit verschiedenen Konfigurationen der Teleskope simuliert und die resultierende Empfindlichkeit absgechätzt und optimiert werden. Weiterhin ist es auch möglich, den Beitrag von Fluoreszenzlicht zu berechnen. Diese Option ist mit den bisherigen Werkzeugen nicht möglich. Weiterhin können die Leistungsfähigkeit von verschiedenen Teleskopen und Konfigurationen direkt miteinander verglichen werden (Gesichtsfeld, Granularität der Kamera, Größe des Spiegels, Anordnung von mehreren Teleskopen). Die Simulationen konnten direkt mit Beobachtungen mit dem sehr großen H.E.S.S.-Teleskop in Namibia verglichen werden. Die Optimierung der Kalibrationsmethoden für die Ausrichtung der Teleskope ist wegweisend für die Anordnung der CCD-Kameras der weiteren LSTs. Datei-Upload durch TI

Abstract:

The capability for molecular dynamics simulations to treat relativistic dynamics is extended by the inclusion of relativistic kinetic energy. In particular, relativistic corrections to the diffusion coefficient are considered for an argon gas modeled with a Lennard-Jones interaction. Forces are transmitted instantaneously without being retarded, an approximation that is allowed due to the short-range nature of the Lennard-Jones interaction. At a mass density of 1.4g/cm3, significant deviations from classical results are observed at temperatures above kBT≈0.05mc2, corresponding to an average thermal velocity of 32% of the speed of light. For temperatures approaching kBT≈mc2, the semirelativistic simulations agree with analytical results for hard spheres, which is seen to be a good approximation as far as diffusion effects are concerned.

Abstract:

We propose a new method for detecting high frequency gravitational waves (GWs) using high energy pulsed lasers. Through the inverse Gertsenshtein effect, the interaction between a GW and the laser beam results in the creation of an electromagnetic signal. The latter can be detected using single-photon counting techniques. We compute the minimal strain of a detectable GW which only depends on the laser parameters. We find that a resonance occurs in this process when the frequency of the GW is twice the frequency of the laser. With this method, the frequency range $10^{13}-10^{19} $ Hz is explored non-continuously for strains $h \gtrsim 10^{-20}$ for current laser systems and can be extended to $h \gtrsim 10^{-26}$ with future generation facilities.