Spatially heterogeneous dynamics and dynamic facilitation in a model of viscous silica

Performing molecular dynamics simulations, we find that the structural relaxation dynamics of viscous silica, the prototype of a strong glass former, are spatially heterogeneous and cannot be understood as a statistical bond breaking process. Further, we show that high particle mobility predominantly propagates continuously through the melt, supporting the concept of dynamic facilitation emphasized in recent theoretical work.Comment: 4 pages, 4 figure

0νββ and 2νββ nuclear matrix elements evaluated in closure approximation, neutrino potentials and SU(4) symmetry

The intimate relation between the Gamow-Teller part of the matrix element M^(0ν)_(GT) and the 2νββ closure matrix element M^(2ν)_(cl) is explained and explored. If the corresponding radial dependence C^(2ν)_(cl)(r) would be known, M^(0ν) corresponding to any mechanism responsible for the 0νββ decay can be obtained as a simple integral. However, the M^(2ν)_(cl) values, and therefore also the functions C^(2ν)_(cl)(r), sensitively depend not only on the properties of the first few 1^+ states but also of higher-lying 1^+ states in the intermediate odd-odd nuclei. We show that the β^− and β^+ amplitudes of such states typically have opposite relative signs, and their contributions reduce severally the M^(2ν)_(cl) values. We suggest that demanding that M^(2ν)_(cl) = 0 is a sensible alternative way, within the QRPA method, of determining the amount of renormalization of isoscalar particle-particle interaction strength g^(T=0)_(pp). Using such prescription, the matrix elements M^(0ν) are evaluated; their values are not very different (≤ 20%) from the usual QRPA values when g^(T=0)_(pp) is related to the known 2νββ half-lives. We note that vanishing values of M^(2ν)_(cl) are signs of a partial restoration of the spin-isospin SU(4) symmetry

Spatially extended and high-velocity dispersion molecular component in spiral galaxies: single-dish vs. interferometric observations

Recent studies of the molecular medium in nearby galaxies have provided mounting evidence that the molecular gas can exist in two phases: one that is clumpy and organized as molecular clouds and another one that is more diffuse. This last component has a higher velocity dispersion than the clumpy one. In order to investigate these two molecular components further, we compare the fluxes and line widths of CO in NGC 4736 and NGC 5055, two nearby spiral galaxies for which high-quality interferometric as well as single-dish data sets are available. Our analysis leads to two main results: 1) Employing three different methods, we determine the flux recovery of the interferometer as compared to the single-dish to be within a range of 35-74% for NGC4736 and 81-92% for NGC5055, and 2) when focusing on high (SNR>5) lines of sight, the single-dish line widths are larger by ~(40+-20)% than the ones derived from interferometric data; which is in agreement with stacking all lines of sight. These results point to a molecular gas component that is distributed over spatial scales larger than 30"(~1kpc), and is therefore filtered out by the interferometer. The available observations do not allow us to distinguish between a truly diffuse gas morphology and a uniform distribution of small clouds that are separated by less than the synthesized beam size (~3" or ~100pc), as they would both be invisible for the interferometer. This high velocity dispersion component has a dispersion similar to what is found in the atomic medium, as traced through observations of the HI line.Comment: 12 pages, 5 figures, Accepted to A

Upper Extremity Biomechanical Model for Evaluation of Pediatric Joint Demands during Wheelchair Mobility

Current methods for evaluating upper extremity (UE) dynamics during pediatric wheelchair use are limited. We propose a new model to characterize UE joint kinematics and kinetics during pediatric wheelchair mobility. The bilateral model is comprised of the thorax, clavicle, scapula, upper arm, forearm, and hand segments. The modeled joints include: sternoclavicular, acromioclavicular, glenohumeral, elbow and wrist. The model is complete and is currently undergoing pilot studies for clinical application. Results may provide considerable quantitative insight into pediatric UE joint dynamics to improve wheelchair prescription, training and long term care of children with orthopaedic disabilities

Upper Extremity Biomechanics of Children with Spinal Cord Injury during Wheelchair Mobility

While much work is being done evaluating the upper extremity joint dynamics of adult manual wheelchair propulsion, limited work has examined the pediatric population of manual wheelchair users. Our group used a custom pediatric biomechanical model to characterize the upper extremity joint dynamics of 12 children and adolescents with spinal cord injury (SCI) during wheelchair propulsion. Results show that loading appears to agree with that of adult manual wheelchair users, with the highest loading primarily seen at the glenohumeral joint. This is concerning due to the increased time of wheelchair use in the pediatric population and the impact of this loading during developmental years. This research may assist clinicians with improved mobility assessment methods, wheelchair prescription, training, and long-term care of children with orthopaedic disabilities

Phosphorrecycling mittels Kombination von Nieder-Temperatur-Konvertierung und thermochemischem Aufschluss von biogenen Reststoffen

Phosphor (P) muss in näherer Zukunft aus Klärschlamm (KS) recycelt werden; dies wird durch die Novellierung der Klärschlammverordnung ab 2025 eine Pflicht für Kläranlagen einer bestimmten Größe (> 50.000 EW). Klärschlämme dieser Kläranlagen dürfen sodann nicht mehr direkt als Dünger in der Landwirtschaft verwendet werden. Es muss also ein Weg gefunden werden, den P auch unter ökologischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten aus Klärschlamm zu recyceln. Um ein möglichst ökologisch und wirtschaftlich nachhaltigen Weg zu finden um P zu recyceln, wird ein gesamtheitliches Konzept benötigt. Im Rahmen dessen hat das Stoffstrommanagement den höchsten Stellenwert. Das Stoffstrommanagement beinhaltet z.B. die Beratung und Informierung der Kläranlagen hinsichtlich der P-Recyclingpfade und der Einbettung dieser in ein gesamtheitliches P-Recycling-Konzept. Das bedeutet, dass Kläranlagen aufgrund der individuellen Klärschlammbehandlung auch unterschiedlich in das Konzept miteinbezogen werden können. Dies wiederum setzt ein Stoffstrommanagement voraus, welches verschiedene Lösungen anbietet. Die vorliegende Arbeit liefert hinsichtlich dieses gesamtheitlichen Konzepts grundlegendes Wissen hinsichtlich der Behandlung unterschiedlicher Klärschlammarten, d.h. Klärschlämmen unterschiedlicher Fällung. Abbildung 31 zeigt schematisch welche möglichen Recyclingpfade aus KS existieren (es sind hier lediglich thermische Recyclingprozesse mit einbezogen). Durch das vorliegende Projekt wurden zwei vielversprechende Wege des Phosphorrecyclings herausgearbeitet. Einer dieser Wege ist der dezentrale Weg, der über den Einsatz von kleinen Pyrolysereaktoren führt, die in der Lage sind bei relativ niedrigen Temperaturen (400-600°C) P-Recyclingdünger herzustellen (Abb. 31). Diese Reaktoren können dezentral an Kläranlagen zum Einsatz kommen und die dabei entstehenden Recycling-Dünger können lokale Anwendung finden. Auf Grundlage der Ergebnisse wird empfohlen, dass diese Pyrolysereaktoren hauptsächlich an Kläranlagen zum Einsatz kommen, die zum einen eine biologische P-Eliminierung durchführen und zum anderen unbedenkliche Mengen an Schwermetallen im produzierten KS haben. Diese Pyrolyse bei niedrigen Temperaturen (500°C) ist nur begrenzt in der Lage schwerlösliche P-Verbindungen – die durch chemische P-Eliminierung entstehen können – zu besser löslichen P-Verbindungen zu transformieren. Es wird vermutet, dass Polyphosphate, primäre Phosphate und sekundäre Phosphate eine entscheidende Rolle für die P-Verbindungen im KS-Karbonisat haben, da durch die relativ niedrigen Temperaturen (400-500°C) sekundäre Di- und Triphosphate entstehen können, die gut pflanzenverfügbar sind. Weiterhin ist das dezentrale Verfahren nicht in der Lage mit Schwermetallen belastete KS zu behandeln, da mittel- und schwerflüchtige Schwermetalle nicht abgereichert werden können. Für Klärschlamme, die eine chemische P-Eliminierung erfahren haben und/oder die mit Schwermetallen hoch belastet sind, eignet sich eine thermochemische Behandlung bzw. Nachbehandlung bei hohen Temperaturen (Abb. 31). Diese ist in der Lage aus schwerlöslichen P-Verbindungen (AlPO4, FePO4 oder tertiäre Calciumphosphate) leichtlösliche, gut pflanzenverfügbare CaNaPO4 zu schaffen. Thermochemische Nachbehandlungen sind aufgrund ihrer hohen Temperatur (950°C) alle in der Lage leichtflüchtige Schwermetalle abzureichern (Hg, Cd, Pb). Darüber hinaus können durch den Einsatz von verschiedenen Additiven zusätzlich mittelflüchtige Schwermetalle abgereichert werden. In der vorliegenden Arbeit eignete sich eine Behandlung mit MgCl2 und HCl dazu alle Schwermetalle, außer As, Ni und Cr, abzureichern. Na2SO4 hingegen ist nicht in der Lage As, Ni, Cr und in Teilen auch Zn und Cu abzureichern. Es muss hier also ein Kompromiss gesucht werden zwischen den Zielen P-Pflanzenverfügbarkeit und Schwermetallabreicherung. Es wurde herausgefunden, dass unter niedrigen Temperaturen (500°C) bereits Calciumphosphate (Whitlockit) gebildet wurden und dass diese über Intermediate (Ca13Mg5Na18(PO4)18) zu CaNaPO4 transformiert werden. Diese Intermediate zeigten eine geringere Pflanzenverfügbarkeit, weshalb das Ziel sein muss, eine möglichst hohe CaNaPO4-Ausbeute zu erreichen. Wie das Modellexperiment, aber auch unserer Untersuchungen an echten Klärschlämmen gezeigt haben, spielt die Fällung während der Abwasserreinigung eine sehr wichtige Rolle, da der Erfolg der Bildung von CaNaPO4 offensichtlich stark von dieser abhängt. Neben der Fällung und der P-Form, spielt das Si/P-Verhältnis eine wichtige Rolle, da hier ein negativer Effekt auf die Bildung von CaNaPO4 während der Behandlung mit Na2SO4 ausgeht. Die aus der großtechnischen Umsetzung gewonnenen Produkte wurden im Containerversuch sowie im Feldversuch getestet. Die Ergebnisse dieser Experimente zeigten, dass sich die Verfahren in die Praxis übertragen lassen. Mit dem Containerexperiment konnte gezeigt werden, dass nach einer Verarmung des Bodens an P und nach einer erneuten Düngung eine deutliche Düngewirkung der P-Recyclingprodukte erzielt werden kann. Weiterhin konnte auch in einem Feldversuch gezeigt werden, dass zumindest in der P-Konzentration ein deutlicher Trend der Düngewirkung zu erkennen war. P-Recyclingprodukte aus der thermochemischen Behandlung sind also in der Lage als P-Düngemittel in der Praxis zu dienen. Darüber hinaus weisen sie teilweise deutlich geringere Schwermetallfrachten als herkömmliche mineralische P-Dünger auf und stellen somit ein umweltfreundliches Substitut für den ökologischen Landbau dar

Polyglutamine repeat proteins disrupt actin structure in Drosophila photoreceptors.

Expansions of polygutamine-encoding stretches in several genes cause neurodegenerative disorders including Huntington\u27s Disease and Spinocerebellar Ataxia type 3. Expression of the human disease alleles in Drosophila melanogaster neurons recapitulates cellular features of these disorders, and has therefore been used to model the cell biology of these diseases. Here, we show that polyglutamine disease alleles expressed in Drosophila photoreceptors disrupt actin structure at rhabdomeres, as other groups have shown they do in Drosophila and mammalian dendrites. We show this actin regulatory pathway works through the small G protein Rac and the actin nucleating protein Form3. We also find that Form3 has additional functions in photoreceptors, and that loss of Form3 results in the specification of extra photoreceptors in the ey