Development and Evaluation of Immersive User Interfaces for Cognitive and Physical Training

Healthy aging is important to live a fulfilling, independent life. This includes, among others, striving for a good psychological, cognitive, and physical well-being. In order to remain active as long as possible, it is important to continuously promote these aspects of health. One possibility to do this is through virtual reality (VR) exergames -- applications that combine exercise and gaming to create a motivating approach, fostering long-term adherence. In order for them to show the desired effects, they need to be designed in a way that is understandable, operable, and motivating. This dissertation investigated the effect of different VR exergames and design decisions on the user experience of older adults, aiming to answer the research question how to design immersive cognitive-physical training for older adults. In five user studies and one systematic literature review, different aspects of VR exergames were investigated. The first study was conducted with older adults with mild dementia, and evaluated an exergame over the course of nine weeks for its effectiveness in improving psychological, cognitive and physical well-being. In a second study, another exergame was compared to traditional video-based training with older adults without dementia, aiming to determine whether these two approaches are comparable. The third study examined the effects of different dynamic difficulty adjustments with younger and older adults, and identified transferabilities and differences between these two user groups. Further, one aspect of VR exergames was investigated in more depth: The integration of intelligent virtual agents (IVAs). With a systematic literature review, the usage and preferences regarding IVAs in the healthcare domain were investigated. We then conducted a user study to compare the effect of agent visibility on task performance, and social presence. In a final user study, we integrated an IVA communicating with the help of GPT-4o into a VR exergame and evaluated the user experience, communication and preferences of older adults. The results of this dissertation show that VR exergames can improve psychological, cognitive, and physical well-being, and that they are comparable to video-based exercises. Further, it shows that in the design of VR applications for older adults, a multitude of considerations have to be taken into account, which largely depend on the user group and the context of the application. This emphasizes the need to integrate the end users in the design and evaluation process and to continue research in this important area.Gesundes Altern ist wichtig, um ein erfülltes, unabhängiges Leben zu führen. Um so lange wie möglich aktiv zu bleiben, ist es wichtig, gesundheitliche Aspekte wie das psychologische, kognitive und körperliche Wohlbefinden kontinuierlich zu fördern. Eine Möglichkeit, dies zu tun, sind Exergames in der virtuellen Realität (VR): Anwendungen, die Bewegungen und Spiele kombinieren, um einen motivierenden Ansatz zu schaffen, der eine langfristige Aufrechterhaltung des Trainings fördert. Damit sie die gewünschten Effekte zeigen, müssen die Exergames so gestaltet sein, dass sie verständlich, bedienbar und motivierend sind. Diese Dissertation untersucht den Effekt verschiedener VR Exergames und Designentscheidungen auf die Nutzungserfahrung älterer Erwachsener. Die Forschungsfrage, welche in fünf Nutzungsstudien und einem systematischen Literaturreview untersucht wurde, beschäftigt sich damit, wie man immersives kognitiv-physisches Training für ältere Erwachsene gestalten kann. Die erste Studie wurde mit älteren Erwachsenen mit leichter Demenz durchgeführt und bewertete ein Exergame über einen Zeitraum von neun Wochen hinsichtlich seiner Wirksamkeit zur Verbesserung des psychologischen, kognitiven und körperlichen Wohlbefindens. In einer zweiten Studie wurde ein Exergame mit traditionellem videobasiertem Training verglichen, um herauszufinden, ob diese beiden Ansätze vergleichbar sind. Die dritte Studie untersuchte die Auswirkungen verschiedener dynamischer Schwierigkeitsanpassungen von Exergames bei jungen und älteren Erwachsenen und identifizierte Übertragungsmöglichkeiten und Unterschiede zwischen diesen beiden Nutzer:innengruppen. Darüber hinaus wurde ein Aspekt von VR Exergames näher untersucht: die Integration intelligenter virtueller Agenten (IVAs). In einem systematischen Literaturreview wurden die Nutzung und die Präferenzen bezüglich IVAs im Gesundheitsbereich untersucht. Anschließend wurde eine Nutzungsstudie durchgeführt, um den Effekt der Sichtbarkeit von Agenten auf die Leistung bei kognitiv-physischen Aufgaben und die wahrgenommene soziale Präsenz zu vergleichen. In einer abschließenden Nutzungsstudie wurde ein IVA, der mit Hilfe von GPT-4o kommuniziert, in ein VR Exergame integriert und die Nutzungserfahrung, die Kommunikation und die Präferenzen älterer Erwachsener wurde evaluiert. Die Ergebnisse dieser Dissertation zeigen, dass VR Exergames das psychologische, kognitive und körperliche Wohlbefinden von älteren Erwachsenen verbessern können und dass sie mit videobasierten Übungen vergleichbar sind. Darüber hinaus zeigen sie, dass bei ihrer Gestaltung eine Vielzahl von Betrachtungen zu berücksichtigen ist, die weitgehend von der Nutzer:innengruppe und dem Anwendungskontext abhängen. Dies betont die Notwendigkeit, die Endnutzer:innen in den Design- und Evaluationsprozess miteinzubeziehen um dieses wichtige Thema weiter zu erforschen

LC-MS/MS-basierte Proteomanalyse der Auswirkungen pathogener HRAS-Varianten auf humane Keratinozyten

Die kleine GTPase HRAS ist ein wichtiges Signalprotein, das an der epidermalen Homöostase beteiligt ist. Mutationen in HRAS führen zu Aminosäuresubstitutionen, welche weitreichende Auswirkungen haben und zum Beispiel zu Hauterkrankungen führen. Pathogene Keimbahnvarianten verursachen die nicht-mosaische RASopathie Costello-Syndrom (CS), eine seltene Entwicklungsstörung, die auch die Haut betrifft und bei >80 % der CS-Patienten mit der Variante HRASGly12Ser assoziiert ist. Postzygotische Mutationen führen zu sogenannten mosaischen RASopathien, wie dem Nävus-Sebaceus-Syndrom, bei dem >85 % der Patienten die Variante HRASGly13Arg aufweisen. Zudem findet sich die onkogene Variante HRASGly12Val häufig in dermatologischen und anderen malignen Erkrankungen. Alle HRAS-Varianten führen zu einer konstitutiven Aktivierung, jedoch bewirken sie jeweils unterschiedliche epidermale Phänotypen mit spezifischen molekularen Veränderungen. Um diese Effekte zu untersuchen, wurde die permanente humane Keratinozyten-Zelllinie HaCaT herangezogen, welche wichtige epidermale Eigenschaften wie die Fähigkeit zur Differenzierung beibehält. HaCaT-Zellen, die stabil verschiedene HRAS-Varianten exprimieren, wurden mittels LC-MS/MS-basierter Bottom-Up-Proteomik analysiert. Ko-Immunpräzipitation (Ko-IP) in Kombination mit LC-MS/MS diente zur Untersuchung von Protein-Interaktionspartnern, gefolgt von Analysen des Gesamtzell-Proteoms und des Phosphoproteoms zur Bestimmung der Änderungen von Proteinabundanzen und Phosphorylierungsmustern. Signifikante Unterschiede wurden auf allen Ebenen festgestellt: im Interaktom, im Proteom und im Phosphoproteom. Alle Varianten führten zu einer verstärkten Interaktion zwischen HRAS und bekannten RAS-Effektorproteinen wie RAF1, RIN1 und MLLT4/AFDN, was einige Veränderungen im (Phospho-)Proteom bewirkte. Insgesamt verursachte HRASGly13Arg die ausgeprägtesten Verschiebungen im Interaktom, wobei mehrere hundert Proteine signifikante Veränderungen in ihrer Abundanz zeigten. Auch deutliche Veränderungen im Proteom und im Phosphoproteom wurden beobachtet, darunter die Aktivierung der Zytoskelett-Reorganisation, des Vesikel-mediierten Transports, des Immunsystems sowie der Apoptose. Die Variante HRASGly12Ser bewirkte eine weniger ausgeprägte Veränderung des Interaktoms und zeigte entsprechend geringere Auswirkungen auf das (Phospho-)Proteom. RAS-RAF-MAPK-Signaling und Apoptose wurden verstärkt, während Zytoskelett-Signaling beeinträchtigt war. HRASGly12Val führte zu einer erhöhten Reorganisation des Zytoskeletts, verstärktem RAS-RAF-MAPK-Signaling und vermehrten Zelloberflächeninteraktionen, während intrazelluläres Signaling herunterreguliert wurde. Alle Varianten hatten Gemeinsamkeiten, wie Änderungen der zellulären Architektur und Dynamik, aber auch eine Beeinträchtigung der Genexpression und Transkription sowie Störungen der epidermalen Homöostase. Nichtsdestotrotz führten alle HRAS-Varianten zu einem individuellen Proteomprofil, was die Bedeutung der Investigation jeder einzelnen Varianten-assoziierten Pathologie unterstreicht. Insgesamt liefert diese Studie wertvolle Einblicke in die durch HRAS-Mutationen verursachten Veränderungen im Proteom und hebt hervor, welche Verschiebungen in Signalwegen und zellulären Prozessen den Krankheiten zugrunde liegen

Nanoscale Engineering of Hybrid Graphene Architectures for Tailored Light-Matter Interactions Across the Microwave Spectrum

Graphene is an exceptionally versatile material, renowned for its robustness, strong light-matter interactions and high electrical conductivity. It can even acquire superconducting properties through proximity effects with superconducting electrodes or by stacking two layers of graphene with a relative twist angle of 1.1°. The incorporation of graphene into hybrid device architectures combining superconducting and high-frequency circuit elements enables parametric amplification, single-photon detection and innovative qubit designs. At the same time, these components open new pathways to investigate the fundamental properties of graphene. In this thesis, various complex graphene devices are engineered by integrating van der Waals materials, superconductors, and high-frequency circuits into hybrid architectures to explore light-matter interactions. Lithographic techniques were optimized to create micro- and nanostructured samples comprised of exfoliated as well as large-area, polycrystalline graphene. Tailored for the investigation of light-matter interactions, these devices provide a versatile platform to study the charge carrier transport in graphene under electromagnetic radiation in the microwave spectrum. Radio-frequency and microwave signals used in low-temperature magnetotransport measurements revealed signatures of nuclear spin effects in isotopically purified 13C graphene. To enhance the coupling efficiency of the radiation, hybrid circuits integrating large-area and exfoliated graphene with high-frequency waveguides were engineered for microwave spectroscopy experiments. However, the absence of resonant features in experiments suggests that an unknown mediator facilitating momentum transfer in electron spin resonance may be missing in pristine graphene. Fabricating superconducting electrodes for graphene-based Josephson junctions (JJs) with sufficient electrical transparency to graphene proved technologically challenging and necessitated the substitution of niobium with titanium-aluminum. Under small magnetic fields, these aluminum-graphene junctions exhibited quantum interference effects that are attributed to Tomasch and McMillan-Rowell oscillations. These advancements in device performance pave the way for the integration of graphene JJs into superconducting microwave circuits, holding tremendous potential for quantum technologies, dark matter axion search and advanced photosensing applications. In an alternative approach for light-matter interaction in a different spectral regime, asymmetric metallic grating gates on top of high-quality graphene structures enabled the rectification of sub-THz-radiation via plasmonic excitations. The photoresponse of these detectors is influenced by the incident frequency, temperature, and doping in the graphene channel, with their sensitivity estimated to be in the order of 10-12 W/Hz1/2.Graphen ist ein äußerst vielseitiges Material, bekannt für seine Robustheit, starke Licht-Materie-Wechselwirkungen und hohe elektrische Leitfähigkeit. Es kann sogar supraleitende Eigenschaften erlangen, etwa mittels Proximity-Effekt mit supraleitenden Elektroden oder durch das Anordnen zweier Graphenschichten mit einem relativen Rotationswinkel von 1,1°. Die Einbindung von Graphen in hybride Architekturen, die supraleitende und hochfrequente Schaltungselemente kombinieren, ermöglicht parametrische Verstärkung, Einzelphotonendetektion und innovative Qubit-Designs. Gleichzeitig stellen diese Komponenten neue Möglichkeiten zur Erforschung der grundlegenden Eigenschaften von Graphen dar. In dieser Arbeit werden vielfältige Graphen-Devices durch die Integration von van derWaals-Materialien, Supraleitern und Hochfrequenzschaltungen in hybride Architekturen entwickelt, um Licht-Materie-Wechselwirkungen zu untersuchen. Lithografische Techniken wurden optimiert, um Mikro- und Nanostrukturen herzustellen, die sowohl aus exfoliertem als auch aus großflächigem, polykristallinen Graphen bestehen. Diese sind auf die Untersuchung von Licht-Materie-Wechselwirkungen zugeschnitten und bieten eine vielseitige Plattform zur Untersuchung des Ladungsträgertransports in Graphen unter elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenspektrum. Tieftemperaturmessungen mit Radiofrequenz- und Mikrowellensignalen bei hohen Magnetfeldern zeigten Anzeichen von Kernspineffekten in isotopenreinem 13C Graphen. Um die Einkopplung der Strahlung zu verbessern, wurden hybride Schaltungen für Experimente der Mikrowellenspektroskopie entwickelt, die großflächiges und exfoliertes Graphen mit hochfrequenten Wellenleitern kombinieren. Das Fehlen von Resonanzen in den Experimenten deutet auf einen unbekannten Mechanismus hin, welcher den Impulsübertrag für Elektronenspinresonanz erleichtern könnte, jedoch in reinem Graphen fehlt. Die Herstellung supraleitendender Elektroden für graphenbasierte Josephson Kontakte (engl. Josephson junctions, JJs) mit ausreichender Transparenz erwies sich als technologisch herausfordernd, weshalb Niob durch Titan-Aluminium ersetzt werden musste. Bei kleinen Magnetfeldern zeigten diese Aluminium-Graphen-Kontakte Quanteninterferenzeffekte, die auf Tomasch- und McMillan-Rowell-Oszillationen zurückzuführen sind. Die dargestellten Fortschritte in der Deviceperformance ebnen den Weg für die Integration von Graphen-JJs in supraleitende Mikrowellenschaltungen, welche ein enormes Potenzial sowohl für Quantentechnologien, der Suche nach dunkler Materie und für neuartige Photodetektoren bieten. Asymmetrische metallische Gitterelektroden auf hochqualitativen Graphenstrukturen stellen einen alternativen Ansatz dar, um Licht-Materie-Wechselwirkungen in einem anderen Frequenzbereich mittels plasmonischer Anregungen zu erforschen. Das Detektorsignal wird von der einfallenden Frequenz, Temperatur und Dotierung im Graphen beeinflusst, wobei ihre Empfindlichkeit auf etwa 10-12 W/Hz1/2 geschätzt wird

Unchanged but different? Publication behaviour in economics in the context of open access and rankings

Die Kontexte wissenschaftlichen Publizierens unterliegen einem beständigen Wandel. In den vergangenen 20 Jahren hat die Open-Access-Bewegung, die ihren Ausgangspunkt mit der Deklaration der Budapest Open Access Initiative im Jahr 2002 nahm und im Herbst 2023 zuletzt in die UNESCO Recommendation on Open Science mündete, eine Transformation des wissenschaftlichen Publikationssystems in Gang gesetzt. Die Forderung nach dem freien Zugang zu wissenschaftlichen Forschungsergebnissen hat in Deutschland ihren Ausdruck in der Berliner Erklärung von 2003 gefunden. Ziel der Bewegung ist es, wissenschaftliche Forschung aus allen Bereichen zum Nutzen der Forschenden und der Gesellschaft als Ganzes für alle zugänglich zu machen. Dieser Anspruch trifft auf Praktiken der Forschungsbewertung, die sich auf die Messung von Zitationen, Journal-Impact-Faktoren und Rankings stützen. Auf dieser Basis werden etwa die wissenschaftlichen Leistungen von Forschenden bewertet, obwohl die zugrundeliegenden Metriken vielmehr Aussagen über die Zahl der Zitationen einzelner Publikationen erlauben. Eine angemessene Interpretation oder gar Abschaffung dieser quantitativen Indikatoren, z.B. für Berufungsverfahren, wurde 2012 in der Declaration on Research Assessment (DORA) und 2022 von der CoARA – Coalition for Advancing Research Assessment und vielen anderen wiederholt gefordert. In der wissenschaftlichen Disziplin Volkswirtschaftslehre ist die Orientierung an einer Reputationshierarchie, die Forschenden auf Grundlage von Veröffentlichungen in hochrangigen internationalen Journals Reputation verleiht, stark ausgeprägt. Für eine wissenschaftliche Karriere sind diese Veröffentlichungen maßgeblich, werden doch im Rahmen von Stellenbesetzungs- respektive Berufungsverfahren Forschungsleistungen basierend auf Journal-Impact-Faktoren und Rankings bewertet. In der Volkswirtschaftslehre in Deutschland ist mit der regelmäßigen Veröffentlichung des Handelsblatt-Rankings seit 2005 ein entscheidender Faktor hinzugekommen, der die Bewertung von Forschungsleistungen determiniert. Somit bestehen Anreize für Forschende in der Volkswirtschaftslehre, ihr Publikationsverhalten auf Rankings auszurichten. Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, ob sich das Publikationsverhalten von Forschenden in der Volkswirtschaftslehre im Kontext von Open Access und Rankings verändert hat. Zur Beantwortung der Frage fokussiert sich die Untersuchung auf in der Volkswirtschaftslehre zentrale Publikationsformate wie Journal-Artikel und Working Papers. Dabei gilt es zu beachten, dass einerseits Artikel in hochrangigen wissenschaftlichen Zeitschriften in der Volkswirtschaftslehre eine zentrale Rolle für den Erwerb von Reputation spielen, und andererseits die existierende Working-Paper-Kultur genutzt wird, um wissenschaftliche Erkenntnisse frühzeitig zirkulieren und diskutieren zu lassen. Das Zusammenspiel unterschiedlicher Funktionen von wissenschaftlichen Publikationen wird diesbezüglich analysiert. Verschiedene Ausprägungen des Publikationsverhaltens der Forschenden werden zudem mit Blick auf den Stand der Karriere, den institutionellen Hintergrund sowie die Ausrichtung auf unterschiedliche Paradigmen innerhalb der Volkswirtschaftslehre untersucht. Identifizierte allgemeine Trends im wissenschaftlichen Publikationssystem, wie das Größenwachstum nach Anzahl der Publikationen, eine Internationalisierung, ein Anstieg der Co-Autorenschaft, die Zunahme von Open Access und die Relevanz von Forschungsdaten, wer-den dahingehend analysiert, ob sie sich auch für die Volkswirtschaftslehre zeigen lassen. Darauf baut die empirische Untersuchung auf, die in einem Mixed-Methods-Ansatz eine quantitative Analyse mit einem qualitativen Verfahren verbindet. Zum einen werden Publikationslisten von Volkswirt:innen in Deutschland analysiert, zum anderen werden Experteninterviews mit Forschenden aus der Volkswirtschaftslehre zu ihrem Publikationsverhalten geführt und ausgewertet. Die Ergebnisse bestätigen, dass im wissenschaftlichen Publikationssystem bestehende Reputationshierarchien in der deutschsprachigen Volkswirtschaftslehre fest verankert sind. Die Relevanz von hochrangigen internationalen Journals als zentrale Publikationsorte für den Reputationserwerb und damit verbundene Chancen für den akademischen Aufstieg zeigen sich in einem ausgeprägt strategischen Publikationsverhalten. Starke Anreize, die von Impact-Faktoren und Rankings für die Bewertung von Forschungsleistungen ausgehen, tragen zu der Erklärung bei, warum Forschende in der Volkswirtschaftslehre sich bei der Wahl von Journals an deren Impact-Faktoren orientieren und weniger daran, ob die Zeitschriften im Open Access erscheinen. Zudem erklärt die in der Volkswirtschaftslehre etablierte Working-Paper-Kultur, warum die Potenziale von Open-Access-Journals, wie die freie Verfügbarkeit der Forschungsergebnisse und damit häufig einhergehende höhere Zitationsraten, weder erkannt noch ausgeschöpft werden. Working Paper ermöglichen den freien Zugang zu Forschungsergebnissen in der Volkswirtschaftslehre und damit auch eine frühzeitige Priorisierung der Erkenntnisse für die Forschenden. Im Hinblick auf die wissenschaftliche Karriere ist es insbesondere für Nachwuchsforschende wichtig, in hochrangigen internationalen Zeitschriften zu publizieren, um mit einem Job-Market-Paper Signale in Richtung des akademischen Arbeitsmarkts zu senden. Auch der institutionelle Hintergrund beeinflusst, wie hoch der Publikationsdruck auf die Forschenden ist. Dabei sind insbesondere Wissenschaftler:innen an außeruniversitären Forschungseinrichtungen und Universitäten mit Blick auf Evaluierungen und die Vergabe von Forschungsmitteln gefordert, ihre Publikationspraxis auf hochrangige referierte Journals auszurichten. Der Blick auf die ökonomische Ausrichtung zeigt, dass es für Forschende abseits des Mainstream Hürden gibt, in hochrangigen Zeitschriften zu publizieren. Ein Größenwachstum nach Anzahl der Publikationen lässt sich in dieser Untersuchung nicht bestätigen. Zwar besteht eine gängige Praxis, das veröffentlichte Working Paper anschließend auch in Journals publiziert werden. Allerdings trifft das nur für einen Teil der Working Paper zu, denn diese sind in der Volkswirtschaftslehre auch als eigenständige qualitativ hochwertige Publikationen anerkannt. Für den Grad der Internationalisierung lässt sich zeigen, dass es zwar eine starke Ausrichtung auf internationale Journals gibt, aber Forschende in der Volkswirtschaftslehre daneben auch nach wie vor häufig in deutschsprachigen Zeitschriften publizieren. Nachwuchsforschende veröffentlichen in größeren Gruppen von Autor:innen. Relevante Kontexte stellen zum einen das Signaling von Alleinautorenschaft für die Karriere und zum anderen gemeinsame Veröffentlichungen mit (reputierlichen) Co-Autor:innen dar. Für Open Access lässt sich eine Zunahme von frei verfügbaren Journal-Artikeln zeigen. Allerdings stellt die freie Verfügbarkeit von Artikeln in Zeitschriften kein relevantes Kriterium für die Publikationsentscheidungen der Forschenden dar. Eine Open-Access-Transformation findet hier auf Ebene der Trägerorganisationen der Publikationsinfrastruktur statt, wenn Bibliotheken Lizenzgebühren, Transformationsverträge (DEAL), Publikationsgebühren und Diamond Open Access finanzieren und Wissenschaftsverlage Publikationen im Gegenzug frei zur Verfügung stellen. Der Stellenwert von empirischer Forschung und damit die Nutzung von Daten und die Anwendung statistischer Verfahren nimmt weiter zu. Das lenkt den Blick auf die zukünftige Rolle von Open Data in der Volkswirtschaftslehre. Die vorliegende Untersuchung zeigt, dass das Publikationsverhalten in der Volkswirtschaftslehre im Kontext von Open Access und Rankings aufgrund der starken Orientierung an einer Reputationshierarchie unverändert scheint und doch je nach institutioneller Anbindung und Karrierestufe der Forschenden anders ist. Ein umfassender Blick auf das Publikationsverhalten zeigt, wie vielfältig in der VWL publiziert wird – dass also je nach Kontext neben den hochrangigen internationalen Journals auch viele weitere Zeitschriften und auch Working Paper zentrale Publikationsmedien für die Forschenden darstellen

Harbour porpoise behaviour near bottom set nets and acoustic bycatch mitigation devices

Bycatch in set net fisheries is considered the biggest threat to small cetacean populations worldwide. In the western Baltic Sea or Belt Sea, concerns around elevated bycatch rates of harbour porpoises (Phocoena phocoena) have already been raised in the 1980s and are nowadays considered above sustainable threshold levels. One of the primary bycatch mitigation tools employed in gillnet fisheries are acoustic deterrent devices (ADD, so-called pingers), that emit artificial sounds with the aim to keep animals away from fishing gear, and which have proven to significantly reduce harbour porpoise bycatch in set net fisheries worldwide. However, concerns about habitat exclusion of harbour porpoises have been raised around them. To address these concerns, the PAL (Porpoise ALert), an alternative acoustic alerting device that emits synthetic harbour porpoise signals from the Belt Sea population was developed. PAL is currently being implemented in a part of the German fishery in the Belt Sea on a voluntary basis after it showed to be effective in reducing harbour porpoise bycatch in gillnet fisheries. However, even with pingers and PAL, bycatch events persist in the fishery. In fact, despite decades of research going into bycatch mitigation, the mechanisms behind bycatch events in gillnets and in the vicinity of mitigation devices remain poorly understood, particularly regarding animal behaviour, as direct observations are methodologically and logistically challenging. The aim of this thesis was to advance knowledge on harbour porpoise behaviour near bottom set nets and near the alerting device PAL in the Belt Sea, as well as looking at whether porpoises habituate to the PAL signal. It further assessed two land-based methods to observe harbour porpoises providing guidance for method selection for future research, thus addressing issues related to the methodological and logistical challenges when studying bycatch of porpoises. Harbour porpoises are particularly challenging to observe due to their small size and inconspicuous behaviour. To better understand their behaviour, efficient observation tools are required. The theodolite and the drone are two land-based observation methods commonly employed to observe small cetaceans with near shore distribution. In a first step of this thesis, advantages and disadvantages of booth tools where analyzed while studying the harbour porpoise. For this aim, data on their location, behaviour and group sizes of porpoises was collected and compared between methods during a field experiment in Fyns Hoved (Denmark). The theodolite proved to be more adept at rapidly collecting data on the general distribution of porpoises in an area and excelled at gathering data at greater distances. The accuracy of obtained positional data of porpoises at the surface was similar with both methods, but drones revealed a clear advantage in behavioural observations, as they allow recording the animals even under the water surface. Group sizes were also determined more precisely using drones (Chapter 3). Based on these findings, drones were used to study in more detail the behaviour of porpoises near a bottom set net structure with and without PAL during a targeted experiment in Fyns Hoved (Denmark). These trials were designed to enhance our understanding on underlying behavioural mechanisms leading to entanglement in set bottom nets as well as behavioural reactions of porpoises towards a net equipped with PAL. For this, wild harbour porpoises were recorded with drones and acoustic underwater recorders near a bottom set net structure during an in situ experiment in the Danish Belt Sea and different aspects of their behaviour studied: swimming speed, respiration rates, reaction types towards the net and the PAL and apparent reaction distances. Porpoises demonstrated limited behavioral responses when navigating the net, with the most common reaction being swimming over the float line without any apparent reaction, both in the presence and absence of PAL. Porpoises exhibited a consistent pattern of swimming speed, increasing the speed in direct vicinity of the net and slowing down after interacting with the net. This pattern was observed both when only the net was present as well as when the PAL was attached. The echolocation behaviour of the porpoises showed some significant differences when the PAL was present with minimum inter click interval and click train duration being lower after porpoises crossed the net. In general, during the trials all porpoises navigated the nets efficiently which might suggest that bycatch events could be related to distractions and accidents rather than pure net detection failure (Chapter 4). To further investigate whether porpoises in Germany might have habituated to the PAL signal since its first implementation in 2017, a long-term experiment was set up in collaboration with some fishers in Germany and Denmark to record the porpoises’ echolocation behaviour near nets with PAL. For this aim, two areas inhabited by animals from the Belt Sea population were selected as the PAL signal is a synthetic porpoise sound from this population and has this far only been successfully tested in this area. As PAL is not employed in the fishery in Denmark, the experiment was conducted under the assumption that porpoises in Denmark are more naïve to the PAL signal, thus considering Denmark as a not-exposed area. To test whether porpoises habituated to PAL in Germany, the echolocation of porpoises on reference stations without PAL and near PAL-equipped nets was compared within Germany and Denmark and between the countries. Four parameters that describe the porpoises’ click trains were selected for this aim and investigated using traditional statistics as well as machine learning models: number of clicks within a click train, the median frequency, the average sound and the minimum inter click interval of a click train. The median values for all four acoustic parameters were very similar, both between the reference stations of both countries and between reference stations and PAL-equipped nets within countries. Based on the four selected click train parameters, habituation of German porpoises towards the PAL was not detected (Chapter 5). The new findings generated in this thesis address several knowledge gaps associated to the study of harbour porpoises and their interaction with bottom set nets and the PAL in the Belt Sea. The evaluation of the two land-based observation methods gives evidence-based guidance for researchers to choose a suitable method in accordance with their research question and sets a base to maintain comparability among different studies that employed theodolites or drones for similar aims. It further revealed that drones are more suitable to study the behaviour of porpoises as they allow recording the animals even under the water surface. This advantage was further highlighted when studying the behaviour of porpoises interacting with a bottom set net structure in the wild for the first time. The interactions revealed that porpoises are able to navigate nets without getting entangled in them and that they do not exhibit a strong reaction either in behaviour, echolocation or swimming speeds when interacting with nets and the PAL. However, despite their ability to avoid nets during the trials, bycatch persists in actual fisheries which might be attributed to distraction or inexperience rather than a lack of net detectability. It is thus recommended that alerting strategies should be combined with materials enhancing the acoustic detectability of nets to further reduce the bycatch risk. Based on previously available information of the PAL and new findings from this dissertation, the PAL seems to be a good alternative to traditional pingers for the Belt Sea, as PAL do not exclude porpoises from their habitat, and signs of habituation to the signal were not detected in the four analyzed click train parameters. Besides these promising findings, they do not yield information on whether PAL still contributes sufficiently to bycatch reduction in the German fishery. To address this question, it is suggested that a long-term bycatch monitoring scheme be implemented to ascertain whether the proven bycatch reduction effect of the PAL persists over time, given the complexity of the real fishery in the Belt Sea. This is especially relevant in light of the limited information available on German harbour porpoise bycatch rates and the fact that current estimated bycatch levels for the Belt Sea exceed sustainable bycatch thresholds.Der Beifang in der Stellnetzfischerei gilt als die größte Bedrohung für Kleinwalpopulationen weltweit, darunter auch für den in der Ostsee heimischen Schweinswal (Phocoena phocoena). In der westlichen Ostsee oder Beltsee wurde bereits in den 1980er Jahren auf die hohen Beifangraten von Schweinswalen aufmerksam gemacht und auch heutzutage liegen die Beifangraten hier über den als nachhaltig angesehenen Schwellenwerten. Eines der verbreitetsten Instrumente zur Vermeidung des Beifangs von Kleinwalen in der Stellnetzfischerei sind akustische Abschreckvorrichtungen (acoustic deterrent devices - ADDs, sogenannte Pinger), die künstliche Töne aussenden, um die Tiere von den Fanggeräten fernzuhalten und deren Beifang somit weltweit nachweislich erheblich reduzieren. Dennoch liegen Bedenken hinsichtlich der Vertreibung von Schweinswalen aus ihren Lebensräumen vor. Um der großräumigen Vertreibung von Schweinswalen entgegenzuwirken, wurde der sogenannte PAL (Porpoise ALert) entwickelt. Der PAL ist ein alternatives akustisches Warngerät, das nachgeahmte Laute von Schweinswalen der Beltsee-Population aussendet. PAL hat sich als wirksam bei der Verringerung des Schweinswalbeifangs erwiesen und wird seit 2017 auf freiwilliger Basis von einem Teil der deutschen Fischerei in der Beltsee eingesetzt. Dennoch kommt es trotz Pinger- und PAL-Einsatz weiterhin zu Beifängen von Schweinswalen in der Stellnetzfischerei. Auch nach jahrzehntelanger Forschung im Bereich der Beifangreduzierung sind die zugrundeliegenden Mechanismen hinter den Beifangereignissen in Stellnetzen sowie in der Nähe von technischen Maßnahmen zur Beifangreduzierung nach wie vor nur unzureichend bekannt. Dies betrifft insbesondere das Verhalten der Tiere, da direkte Beobachtungen methodisch und logistisch schwierig sind. Ziel dieser Arbeit war es, das Wissen über das Verhalten von Schweinswalen in der Nähe von Stellnetzen und dem Warngerät PAL in der Beltsee zu erweitern und zu untersuchen, ob sich Schweinswale an das PAL-Signal gewöhnen. Darüber hinaus wurden zwei landgestützte Methoden zur Beobachtung von Schweinswalen bewertet. Die Ergebnisse dieser Bewertung, einschließlich der Betrachtung von logistischen Herausforderungen, stellen eine Orientierungshilfe für die Auswahl von Methoden in künftigen Forschungsarbeiten dar, deren Ziel die Untersuchung des Beifangs von Schweinswalen und seiner Ursachen ist. Schweinswale sind aufgrund ihrer geringen Größe und ihres unauffälligen Verhaltens besonders schwierig zu beobachten. Um ihr Verhalten besser zu verstehen, sind effiziente Beobachtungsinstrumente erforderlich. Der Theodolit und die Drohne sind zwei Beobachtungsmethoden, die häufig zur Beobachtung von Kleinwalen in Küstennähe eingesetzt werden. In einem ersten Schritt dieser Arbeit wurden die Vor- und Nachteile der beiden Beobachtungsinstrumente für die Untersuchung des Schweinswals analysiert. Zu diesem Zweck wurden während eines Feldexperiments in der dänischen Beltsee bei Fyns Hoved (Dänemark) Daten über die Position, das Verhalten und die Gruppengröße von Schweinswalen gesammelt und zwischen beiden Methoden verglichen. Es zeigte sich, dass der Theodolit besser geeignet ist, um schnell Daten über die allgemeine Verteilung der Schweinswale in einem Gebiet zu sammeln und bei der Erfassung von Daten über größere Entfernungen bessere Ergebnisse liefert. Die Genauigkeit der gewonnenen Positionsdaten der Schweinswale an der Oberfläche war bei beiden Methoden ähnlich, aber Drohnen zeigten einen klaren Vorteil bei Verhaltensbeobachtungen, da sie die Erfassung der Tiere auch unter der Wasseroberfläche ermöglichen. Die Gruppengrößen wurden mit Drohnen ebenfalls genauer bestimmt (Kapitel 3). Auf der Grundlage der Erkenntnisse aus Kapitel 3 wurden daher Drohnen eingesetzt, um das Verhalten von Schweinswalen in der Nähe einer Stellnetzstruktur mit und ohne PAL vor der Küste von Fyns Hoved (Dänemark) detaillierter zu untersuchen. Diese Versuche sollten das Verständnis für die zum Beifang führenden Verhaltensmechanismen, sowie für die Reaktionen von Schweinswalen auf eine mit PAL ausgestattete Netzstruktur verbessern. Während der Versuche wurden zusätzlich zu Drohnen auch Unterwasser-Akustikrekorder in der Nähe der Stellnetzstruktur ausgebracht. Verschiedene Aspekte des Verhaltens der Tiere wurden aufgezeichnet bzw. bestimmt: Schwimmgeschwindigkeit, Atmungsraten, Reaktionen auf das Netz und den PAL sowie Reaktionsdistanzen. Schweinswale zeigten in ihrem Verhalten begrenzte Reaktionen bei der Bewegung entlang der Netzstruktur. Die häufigste Reaktion auf das Netz und das Netz mit PAL war das Schwimmen über die Schwimmleine hinweg, ohne eine offensichtliche Abweichung der Schwimmrichtung. Schweinswale zeigten ein einheitliches Muster der Schwimmgeschwindigkeit, wobei die Geschwindigkeit in unmittelbarer Nähe der Netzstruktur zunahm und sich nach der Interaktion mit der Netzstruktur verlangsamte. Dieses Muster wurde sowohl während nur die Netzstruktur im Wasser war beobachtet, als auch wenn der PAL an der Netzstruktur war. Das Echoortungsverhalten der Schweinswale hingegen wies signifikante Unterschiede, je nachdem, ob PAL an der Netzstruktur war oder nicht. Sowohl das kürzeste Intervall zwischen den Klicks in einer Klicksequenz und die Dauer der Klicksequenz waren geringer, nachdem die Schweinswale über die Netzstruktur mit dem PAL geschwommen waren. Während der Versuche gab es keine Anzeichen, dass Schweinswale Probleme hatten, die Netzstruktur zu vermeiden oder darüber hinweg zu schwimmen, was darauf hindeuten könnte, dass Beifangereignisse eher auf Ablenkungen und Unfälle, als auf eine grundsätzlich fehlende Möglichkeit das Netz wahrzunehmen, zurückzuführen sind (Kapitel 4). Um zu prüfen, ob sich Schweinswale in Deutschland, wo PAL bereits seit 2017 regelmäßig eingesetzt werden, an das PAL-Signal gewöhnt haben, wurde das Echoortungsverhalten der Tiere in einem Langzeitexperiment in Zusammenarbeit mit einigen Fischern durchgeführt. Dafür wurden zwei Gebiete in Deutschland und in Dänemark ausgewählt, die beide von der Beltsee-Population bewohnt werden. Da PAL in Dänemark nicht in der Fischerei eingesetzt werden, wurde bei dem Versuch davon ausgegangen, dass die Schweinswale in Dänemark naiver gegenüber dem PAL-Signal sind, und daher Dänemark als nicht exponiertes Gebiet definiert. Die Echoortung der Schweinswale wurde zwischen Referenzstationen ohne PAL und Stationen in der Nähe von mit PAL ausgestatteten Stellnetzen sowohl innerhalb Deutschlands und Dänemarks, als auch zwischen diesen Ländern verglichen. Zu diesem Zweck wurden vier Parameter, die eine Klicksequenz beschreiben, ausgewählt und mit Hilfe traditioneller Statistikmethoden sowie verschiedener maschineller Lernmodelle untersucht: Anzahl der Klicks, mittlere Frequenz, durchschnittlicher Schalldruck sowie das kürzeste Intervall zwischen den Klicks einer Klicksequenz. Die Medianwerte für alle vier akustischen Parameter waren sowohl zwischen den Referenzstationen beider Länder als auch zwischen den Referenzstationen und den mit PAL ausgerüsteten Netzen innerhalb beider Länder sehr ähnlich. Auf der Grundlage der vier ausgewählten Klicksequenz-Parameter konnte also keine Gewöhnung der deutschen Schweinswale an den PAL festgestellt werden (Kapitel 5). Die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse liefern wertvolle Einsichten zur Untersuchung von Schweinswalen, ihrer Interaktion mit Stellnetzen und dem PAL in der Beltsee und konnten somit einige bestehende Wissenslücken füllen. Die Bewertung der beiden Beobachtungsmethoden gibt Forschenden evidenzbasierte Anhaltspunkte für die Auswahl einer geeigneten Methode für ihre Forschungsfrage und schafft eine Grundlage für die Vergleichbarkeit verschiedener Studien, bei denen Theodoliten oder Drohnen für ähnliche Ziele eingesetzt werden. Es zeigte sich außerdem, dass Drohnen besser geeignet sind, das Verhalten von Schweinswalen zu untersuchen, da sie Aufnahmen auch unter der Wasseroberfläche ermöglichen. Dieser Vorteil wurde noch deutlicher, als das Verhalten von wild lebenden Schweinswalen zum ersten Mal in der Nähe von einer am Boden befestigten Netzstruktur gefilmt wurde. Die Interaktionen zeigten, dass Schweinswale grundsätzlich in der Lage sind, sich in der Nähe von Netzen aufzuhalten, ohne sich darin zu verfangen, und dass sie weder im Verhalten, bei der Echoortung oder in der Schwimmgeschwindigkeit stark auf die Netze und das PAL reagieren. Trotzdem kommt es in der kommerziellen Fischerei immer wieder zu Beifängen, was eher mit Ablenkung oder Unerfahrenheit einzelner Tiere als mit einer grundsätzlich fehlenden Möglichkeit, Netze wahrnehmen zu können, zusammenhängen könnte. Es wird daher empfohlen, akustische Warngeräte wie Pinger oder das PAL gleichzeitig mit Strategien zu kombinieren, die die Netze für Schweinswale akustisch wahrnehmbarer machen, um das Beifangrisiko weiter zu verringern. Basierend auf den bisher verfügbaren Informationen über PAL und den neuen Erkenntnissen aus dieser Arbeit, scheint PAL eine gute Alternative zu herkömmlichen Pingern für die Beltsee zu sein, da der PAL Schweinswale nicht aus ihrem Lebensraum ausschließt sowie in den vier untersuchten Klicksequenz-Parametern keine Anzeichen für eine Gewöhnung an das PAL-Signal festgestellt wurden. Die Ergebnisse geben allerdings keinen Aufschluss darüber, ob PAL noch ausreichend wirksam zur Reduzierung der Beifänge in der deutschen Fischerei beiträgt. Zur Beantwortung dieser Frage wird empfohlen, ein langfristiges Beifangerfassungsprogramm einzuführen, um festzustellen, ob die nachgewiesene Wirkung von PAL auf die Reduzierung der Beifänge langfristig und unter Berücksichtigung der Komplexität der realen Fischerei in der Beltsee immer noch besteht. Dies ist besonders wichtig, wenn man berücksichtigt, dass nur wenige Informationen über den Beifang von Schweinswalen in Deutschland zur Verfügung stehen und dass die derzeit geschätzten Beifangmengen in der Beltsee insgesamt über den nachhaltigen Beinfang-Grenzwerten liegen

Multdimensionale Phononik in getriebenem YBa2Cu3O6+x

Quantenmaterialien weisen viele Phasenzustände mit exotischen und potenziell nützlichen Eigenschaften auf, darunter Supraleitfähigkeit, Ladungsordnung und verschiedene Formen von Magnetismus. In vielen Fällen konkurrieren diese exotischen Phasen auf vergleichbaren Energieskalen miteinander. Die enge Nachbarschaft der Energieskalen führt zu einem Szenario, in dem selbst kleine Störungen die dominante Phase ändern können. Diese energetische Nähe führt häufig auch zu großen Fluktuationen. Während diese Fluktuationen in der Regel ein Hindernis für die Etablierung eines bestimmten geordneten Gleichgewichtszustands darstellen, können sie auch der Schlüssel zur Erzeugung eines gewünschten Phasenzustands außerhalb des Gleichgewichts durch eine Form der gepulsten Anregung oder des periodischen Antriebs sein. Eine Reihe von Experimenten hat kürzlich gezeigt, dass es möglich ist, durch resonante Anregung der Normalmoden der Kristallstruktur (bekannt als Phononen) mit intensiven Lichtpulsen im mittleren Infrarot- oder Terahertzbereich die Fluktuationen aktiv zu stabilisieren und damit die gewünschten Zustände bei Temperaturen zu erzeugen oder zu verstärken, bei denen sie im thermischen Gleichgewicht nicht zugänglich sind, sogar weit oberhalb der kritischen Temperatur Tc. Nicht-Gleichgewichts-Ferroelektrizität, Magnetismus, Isolator-Metall-Übergänge und Supraleitung sind einige der wichtigsten Beispiele. Diese Arbeit befasst sich mit YBa2Cu3O6+x, einem kupferbasierten Hochtemperatursupraleiter, bei der supraleitende Zustand durch dispersive Tunnelmoden von Cooper-Paaren durch die gestapelten CuO2-Schichten, die als Josephson-Plasmon-Polaritonen bekannt sind, gebildet wird. Im Gleichgewicht wurden supraleitende Fluktuationen weit über Tc festgestellt. Verschiedene Experimente haben gezeigt, dass in den unterdotierten Verbindungen dieser Familie die resonante Anregung von Phononen groß Amplitude zum Auftreten vorübergehender makroskopischer supraleitungsähnlicher Eigenschaften bei Temperaturen führt, die weit Tc und sogar Raumtemperatur liegen. Diese ersten Beobachtungen lösten eine Welle von Folgeexperimenten aus, die darauf abzielten, den vorübergehenden Zustand weiter zu charakterisieren und den mikroskopischen Mechanismus zu verstehen, der zu seiner Entstehung führt. Kürzlich durchgeführte eindimensionale Anrege-Abfrage-Experimente, mit optischer Anregung im mittleren Infrarot und Detektion der Zweiten Harmonischen nahinfraroter Lichtpulse, haben eine durch Phononen vermittelte Verstärkung der Josephson-Plasmon-Polaritonen nachgewiesen, ein Phänomen, das wahrscheinlich den mysteriösen supraleitungsähnlichen makroskopischen Eigenschaften zugrunde liegt. Diese eindimensionalen Experimente konnten jedoch kein schlüssiges Bild der Kopplung zwischen den optisch angeregten Phononen und den Josephson-Plasmon-Polaritonen liefern. Die in dieser Arbeit vorgestellte Studie hat zum Ziel, ein besseres Verständnis der mikroskopischen Dynamik im optisch angeregten Zustand von YBa2Cu3O6+x zu erhalten, und berichtet über die Entwicklung und Anwendung einer neuen Form der zweidimensionalen Spektroskopie. Bei dieser Methode werden die Phononen, welche die Bewegung der apikalen Sauerstoffatome der Kupratverbindung beinhalten, nacheinander mit zwei optisch phasenstabilen Lichtpulsen im mittleren Infrarot angeregt, und die zeitabhängige Änderung der nichtlinearen optischen Suszeptibilität zweiter Ordnung gemessen, die auf die kohärente Bewegung sowohl der infrarotaktiven Phonon- als auch der Plasmonmoden anspricht. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die direkt angeregten Phononen kohärente Paare von Josephson Plasma Polaritonen mit entgegengesetztem Impuls über einen Vier-Moden Mischprozess verstärken und einen gequetschten Zustand der Phasenfluktuationen zwischen den Schichten erzeugen. Die Identifizierung dieses gequetschten Zustands der Zwischenschicht-Tunnelmoden bietet nicht nur einen potenziellen Weg zur Manipulation des supraleitenden Ordnungsparameters bei Temperaturen oberhalb von Tc, sondern liefert auch wesentliche Einblicke in die mikroskopische Physik, die der "photoinduzierten Supraleitung" in den Kupraten und ähnlichen Materialien zugrunde liegt.Quantum materials exhibit many phases with exotic and potentially useful properties, including superconductivity, charge ordering and various forms of magnetism. In many cases, these exotic phases compete with one another on comparable energy scales. The close proximity of the energy scales results in a scenario where even small perturbations can change the dominant phase. This energetic proximity also often gives rise to large fluctuations. Whilst these fluctuations typically act as a prohibiting factor in establishing a certain ordered state in equilibrium, they may also hold the key to establishing a desired state out of equilibrium through some form of pulsed excitation or periodic driving. In fact, a range of experiments have recently demonstrated that, by resonantly driving the normal modes of the crystal structure (known as phonons) with intense mid-infrared or Terahertz light pulses, it is possible to actively stabilize the fluctuations and hence induce or enhance desired orders at temperatures where they are not accessible in thermal equilibrium, even far above the critical temperature Tc. Non-equilibrium ferroelectricity, magnetism, insulator-to-metal transitions and superconductivity are some of the most relevant examples. This thesis focuses on the case of YBa2Cu3O6+x, a high-Tc Cuprate compound, in which the superconducting state is formed by dispersive tunneling modes of Cooper pairs across the stacked CuO2 layers, known as Josephson plasmon polaritons. In equilibrium, superconducting fluctuations were found far above Tc. Various experiments have demonstrated that, in underdoped compounds from this family, large amplitude resonant phonon excitation results in the emergence of transient macroscopic superconducting-like properties at temperatures far exceeding Tc, and even up to room temperature. These initial observations sparked a wave of follow-up experiments aimed at further characterizing this transient state and understanding the underlying microscopic mechanism which leads to its formation. Recent one-dimensional mid-infrared pump and time-resolved second-harmonic generation-probe (tr-SHG) experiments have revealed phonon-mediated amplification of the Josephson plasmon polaritons, a phenomenon likely to underpin the mysterious superconducting-like macroscopic properties. However, these one-dimensional experiments could not provide a conclusive picture of the coupling between the optically excited phonons and the Josephson plasmon polaritons. The study presented in this thesis addresses this problem by reporting the development and use of a new form of two-dimensional spectroscopy, with the aim of obtaining an improved understanding of the microscopic dynamics in the driven state of YBa2Cu3O6+x. This method involves sequentially exciting apical oxygen phonons with two carrier-envelope-phase-stable mid-infrared pump pulses and probing the time delay dependent changes in the second-order nonlinear optical susceptibility, which is sensitive to the coherent motion of both the infrared-active phonon and plasmon modes. The findings suggest that the driven phonons amplify coherent pairs of opposite-momentum Josephson plasma polaritons via a four-mode mixing process, generating a squeezed state of the inter-layer phase fluctuations. The identification of this squeezed state of the inter-layer tunneling modes not only offers a potential pathway towards manipulating the superconducting order parameter at temperatures higher than Tc, but also provides critical insights into the microscopic physics underpinning "photoinduced superconductivity" in Cuprates and similar materials

Alternative to State Responsibility for use of force by non-state actors in an armed conflict

Under the existing international law framework, state responsibility is invoked to attribute the wrongful acts of armed non-state actors to states. The existing rule of attribution of ‘effective control’ is stringent and requires a high threshold of ‘control’ to attribute responsibility to states for the violations committed by non-state actors. This dissertation criticized the existing rule of attribution of ‘effective control’ which is based on the agency paradigm as incorrect. The emphasis on agency discounts the possibility that the relationship between a state and a non-state actor could be that of ‘partners’ instead of ‘principal-agent’. This dissertation distinguished the two concepts of ‘conflict delegation’ and ‘conflict intervention’ to highlight that a situation of ‘conflict intervention’ is more in the nature of a ‘partnership’ between the external state and the armed non-state actor. Factors determining a situation of conflict intervention are existence of a civil war, organizational autonomy and objective by the non-state actor, transnational ethno-ideological alliance, and armed non-state actors with regional influence. Given that a situation of conflict intervention is not in the nature of an agency and more like a ‘partnership’ between armed non-state actors and their externally supporting states – this dissertation attempted to analyse the Uppsala Armed Conflict dataset to determine whether the existing armed conflicts were in the nature of ‘conflict intervention’ or ‘conflict delegation’. My empirical analysis shows that all armed conflicts were in the nature of ‘conflict intervention’ and armed non-state actors and their externally supporting states function as ‘partners’ rather than as ‘principal-agent’. This finding is significant because the existing rule of attribution for state responsibility is based on the assumption of ‘control’ by states of armed non-state actors. If non-state actors are independent in their functioning and approach in an armed conflict, it is important to directly regulate their conduct under law. Subsequently, this dissertation assessed the existing status of armed non-state actors under international law to analyse the potential issues surrounding direct regulation of armed non-state actors in international law. At present, armed non-state actors have limited legal personality because they have obligations under international humanitarian law. There is also an emerging practice in the United Nations that human rights law is applicable to armed non-state actors when they control territory. However, non-state actors are not subjects of international law, which remains state centric till date. The Reports of the UN Commissions of Inquiry have clarified that armed non-state actors have primary obligations under international law but there is no clarity on the secondary rules applicable to armed non-state actors. It is still not clear what the consequences are legally for armed non-state actors for violations of their legal obligations. This is the accountability gap in international law where armed non-state actors cannot be held responsible for their violations despite being bound by international law. To fill this accountability gap, this dissertation proposes accountability of armed non-state actors through consent based, standard setting and compliance monitoring through existing mechanisms such as the Geneva Call and the ICRC. Standards are not strictly law and fall in the arena of ‘soft law’ which have enormous persuasive value. Soft laws provide a readily available body of norms associated with greater legitimacy and exert enormous compliance pull. Some of the mechanisms that Geneva Call and ICRC utilize to induce compliance of international humanitarian law by armed non-state actors is to employ incentives such as reputation, reciprocity, and rewards. Supervisory mechanisms such as the Geneva Call and ICRC have been successful in ensuring compliance of international humanitarian law by incentivising rational choice on the part of armed non-state actors. Armed non-state actors sign the Deed of Commitment with Geneva Call for several factors ranging from reputational benefits to improving the stability and civil life of the area under their control. Geneva Call and ICRC use reputational rewards as a tool to encourage compliance by armed non state actors because these actors are image conscious and seek greater legitimacy both in the local population and the international community at large. This dissertation suggests engagement of armed non-state actors in the humanitarian aid process conducted by the UN because such an involvement provides armed non-state actors recognition in the international community. Such inclusion of armed non-state actors in the humanitarian process by the UN can provide a reward and incentive to comply with international humanitarian law. It is important to engage with armed non-state actors directly to ensure that they comply with international law and are accountable for breach of their obligations

Machine Learning Methods for Tau Lepton Identification and Search for the Supersymmetric Partner of the Tau Lepton Using CMS Run 2 Data

Gauge-mediated supersymmetry breaking models provide a compelling framework for the search for a supersymmetric partner of the tau lepton (stau) with a macroscopic lifetime. In such scenarios, stau can decay to tau lepton displaced from the primary proton-proton interaction vertex. Standard tau reconstruction and identification techniques at the Compact Muon Solenoid (CMS) experiment are not designed for these displaced signatures, motivating the development of specialised approaches. This thesis begins by improving the existing CMS tau identification algorithms for prompt taus using modern machine learning techniques. Building on this foundation, a graph-based neural network is introduced to reliably identify displaced tau leptons, where large displacements pose unique detection challenges. Leveraging this dedicated displaced-tau identification, the first search for the direct production of moderately long-lived stau particles (decaying within the tracker volume) with hadronic taus in the final state is performed using proton-proton collision data at a center-of-mass energy of 13 TeV. The analysis is based on a dataset corresponding to an integrated luminosity of 138 fb-1, collected by the CMS experiment from 2016 to 2018. This work significantly enhances sensitivity to stau decay lengths of the order of centimetres or more, expanding the experimental coverage of gauge-mediated supersymmetry breaking scenarios