Precision shooting: Sampling long transition pathways

The kinetics of collective rearrangements in solution, such as protein folding and nanocrystal phase transitions, often involve free energy barriers that are both long and rough. Applying methods of transition path sampling to harvest simulated trajectories that exemplify such processes is typically made difficult by a very low acceptance rate for newly generated trajectories. We address this problem by introducing a new generation algorithm based on the linear short-time behavior of small disturbances in phase space. Using this ``precision shooting'' technique, arbitrarily small disturbances can be propagated in time, and any desired acceptance ratio of shooting moves can be obtained. We demonstrate the method for a simple but computationally problematic isomerization process in a dense liquid of soft spheres. We also discuss its applicability to barrier crossing events involving metastable intermediate states.Comment: 9 pages, 12 figures, submitted to J. Chem. Phy

Climate neutral truck traffic due to algae-based fuels? TAB-Fokus

Biofuels produced from algae represent an innovative approach with regard to the renewable and climatefriendly energy supply of the truck fleet which currently is predominantly powered by diesel fuel. Algae have a significantly higher productivity than conventional energy crops and can help prevent land use conflicts with food production or nature conservation. Research on the production of algae-based fuels is being conducted worldwide. So far, however, it has not been possible to produce algae-based fuel in an energy-efficient and economically viable way on a scale that is relevant for road haulage. Options for improving competitiveness can be found in optimising the selection and cultivation of algae and the utilisation of algae in so-called biorefineries, where various algae-based resources and products are produced simultaneously

Fast rates in statistical and online learning

The speed with which a learning algorithm converges as it is presented with more data is a central problem in machine learning --- a fast rate of convergence means less data is needed for the same level of performance. The pursuit of fast rates in online and statistical learning has led to the discovery of many conditions in learning theory under which fast learning is possible. We show that most of these conditions are special cases of a single, unifying condition, that comes in two forms: the central condition for 'proper' learning algorithms that always output a hypothesis in the given model, and stochastic mixability for online algorithms that may make predictions outside of the model. We show that under surprisingly weak assumptions both conditions are, in a certain sense, equivalent. The central condition has a re-interpretation in terms of convexity of a set of pseudoprobabilities, linking it to density estimation under misspecification. For bounded losses, we show how the central condition enables a direct proof of fast rates and we prove its equivalence to the Bernstein condition, itself a generalization of the Tsybakov margin condition, both of which have played a central role in obtaining fast rates in statistical learning. Yet, while the Bernstein condition is two-sided, the central condition is one-sided, making it more suitable to deal with unbounded losses. In its stochastic mixability form, our condition generalizes both a stochastic exp-concavity condition identified by Juditsky, Rigollet and Tsybakov and Vovk's notion of mixability. Our unifying conditions thus provide a substantial step towards a characterization of fast rates in statistical learning, similar to how classical mixability characterizes constant regret in the sequential prediction with expert advice setting.Comment: 69 pages, 3 figure

Metastability in pressure-induced structural transformations of CdSe/ZnS core/shell nanocrystals

The kinetics and thermodynamics of structural transformations under pressure depend strongly on particle size due to the influence of surface free energy. By suitable design of surface structure, composition, and passivation it is possible, in principle, to prepare nanocrystals in structures inaccessible to bulk materials. However, few realizations of such extreme size-dependent behavior exist. Here we show with molecular dynamics computer simulation that in a model of CdSe/ZnS core/shell nanocrystals the core high pressure structure can be made metastable under ambient conditions by tuning the thickness of the shell. In nanocrystals with thick shells, we furthermore observe a wurtzite to NiAs transformation, which does not occur in the pure bulk materials. These phenomena are linked to a fundamental change in the atomistic transformation mechanism from heterogenous nucleation at the surface to homogenous nucleation in the crystal core. Our results suggest a new route towards expanding the range of available nanoscale materials

Transplantation of progenitor cells and regeneration enhancement in acute myocardial infarction - (TOPCARE-AMI)

Background - Experimental studies suggest that transplantation of blood-derived or bone marrow–derived progenitor cells beneficially affects postinfarction remodeling. The safety and feasibility of autologous progenitor cell transplantation in patients with ischemic heart disease is unknown

Lastfolgefähigkeit deutscher Kernkraftwerke. Monitoring

Wie flexibel können Kernkraftwerke betrieben werden? Ist ihr Betrieb kompatibel mit hoher fluktuierender Einspeisung durch erneuerbare Energien? Zu diesen Fragen wurde ab 2010 in Politik, Wissenschaft und der Öffentlichkeit eine kontroverse Debatte geführt. Anlass war das Energiekonzept der damaligen Bundesregierung, das eine Laufzeitverlängerung der deutschen Kernkraftwerke vorsah. Vor diesem Hintergrund wurde das TAB 2010 beauftragt, den Stand der wissenschaftlichen Kenntnisse und der aktuellen Debatte aufzuarbeiten und prägnant zusammenzufassen. Die Katastrophe in Fukushima im Frühjahr 2011 und die darauf folgenden Umwälzungen des deutschen Energiesystems haben die Priorität dieser Untersuchung erheblich geschmälert und den ursprünglichen Zeitplan obsolet werden lassen. Dennoch sind die Ergebnisse immer noch interessant: Zum einen sind die hier vorgelegten Analysen zu den Anforderungen, die ein dynamischer Ausbau fluktuierender Erzeugung von erneuerbaren Energien an den konventionellen Kraftwerkspark stellt, immer noch hochrelevant. Zum andern stellen sich die hier untersuchten Fragen in anderen Ländern (z. B. Frankreich, England) mit hoher Dringlichkeit. Inhalt Zusammenfassung 7 I. Einleitung 15 II. Technische und betriebliche Flexibilität deutscher Kernkraftwerke 23 1. Grundlagen 23 2. Praktische Erfahrungen mit dem Lastfolgebetrieb deutscher Kernkraftwerke 30 3. Parametrisierung der Flexibilität deutscher Kernkraftwerke 32 III. Modellgestützte Analyse 35 1. Methodik 35 2. Annahmen 40 2.1 Rahmendaten 40 2.2 Bedeutung der Modellierungsbeschränkungen 46 3. Szenarien 48 4. Ergebnisse 50 4.1 Abregelung erneuerbarer Energien 50 4.2 Veranschaulichung des Kraftwerkbetriebs 51 4.3 Erzeugungsmix 54 4.4 Betrieb der Kernkraftwerke 56 4.5 Abregelung EE für verschiedene Szenarienannahmen 59 4.6 Fazit 63 IV. Kompatibilität einer Laufzeitverlängerung von Kernkraftwerken mit den EE-Ausbauzielen (Thesen) 65 V. Internationaler Vergleich 71 VI. Ökonomische Aspekte 81 1. Grundsätzliches 81 2. Betriebs- und volkswirtschaftliche Effekte 86 3. Auswirkungen auf Investitionen 89 VII. Sicherheitsaspekte (Thesen) 97 Literatur 105 1. In Auftrag gegebenes Gutachten 105 2. Weitere Literatur 105 Anhang 110 1. Abbildungen 110 2. Tabellen 112 3. Vergleich der Grundannahmen mit aktuellen Arbeiten 11

Klimaneutraler Lkw-Verkehr dank Algenkraftstoffen? TAB-Fokus

Biokraftstoffe aus Algen stellen einen innovativen Ansatz zur regenerativen und klimaschonenden Energieversorgung der aktuell überwiegend dieselmotorisierten Lkw-Flotte dar. Algen haben eine deutlich höhere Produktivität als herkömmliche Energiepflanzen und können Landnutzungskonflikte mit der Nahrungsmittelerzeugung oder dem Naturschutz vermeiden. An der Herstellung algenbasierter Kraftstoffe wird weltweit geforscht. Bislang ist es jedoch nicht gelungen, Algenkraft stoff energetisch und wirtschaftlich sinnvoll in einem für den Straßengüterverkehr relevanten Umfang zu produzieren. Optionen zur Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit liegen in der Optimierung der Algenselektion und -zucht sowie der Verwertung von Algen in sogenannten Bioraffinerien, in denen gleichzeitig verschiedene algenbasierte Rohstoffe und Produkte erzeugt werden

Aufrüstung im All. Technologische Optionen und politische Kontrolle

Die militärische Nutzung des Weltraums ist mittlerweile zu einem Kernelement in den Strategien und Planungen der führenden Akteure der Staatenwelt geworden. Die Entwicklung innovativer Technologien und wehrtechnischer Systeme wird vorangetrieben, um Streitkräften und Politik neuartige Handlungsoptionen zu eröffnen. Derzeit droht das Überschreiten einer Schwelle: die Weiterentwicklung und Stationierung von Waffensystemen mit der möglichen Folge eines internationalen Wettrüstens. Die Studie untersucht - vor allem am Beispiel der USA - das Wechselspiel zwischen technologischer Dynamik, politischen Zielen und militärischen Planungen. Aus rüstungskontrollpolitischer Perspektive werden Möglichkeiten analysiert, jene Entwicklungen zu stoppen oder einzugrenzen, die sich zu einer Gefahr für Sicherheit und Stabilität des internationalen Staatensystems auswachsen könnten. Dabei knüpfen die Autoren an die internationale Debatte an, in der sich seit langem eine große Mehrheit der Staaten besorgt über die Gefahr einer Aufrüstung im Weltraum äußert

The q-exponential family in statistical physics

The notion of generalised exponential family is considered in the restricted context of nonextensive statistical physics. Examples are given of models belonging to this family. In particular, the q-Gaussians are discussed and it is shown that the configurational probability distributions of the microcanonical ensemble belong to the q-exponential family.Comment: 18 pages, 4 figures, proceedings of SigmaPhi 200