Numerical Investigation of Ion Transport in the MOMA Ion Mass Spectrometer

The Mars Organic Molecule Analyzer (MOMA) is a miniature ion trap mass spectrometer designed for the upcoming ExoMars Rover mission. The spectrometer uses laser desorption to ionize a Martian soil sample within an instrument internal clean zone maintained at ambient Martian pressure. A high-speed aperture valve transiently opens to allow ionized constituents, along with the ambient gas, to enter a vacuum cavity containing a linear ion trap mass spectrometer. The ambient clean zone and the vacuum cavity are connected via a few centimeter long aperture valve ion guide tube. In this paper, we present results from a recently completed numerical investigation of ion transport from the ion source across the ion guide. Specifically, we focus on collisional coupling between ions and the neutral molecules flowing into the vacuum cavity. The simulation domain contains the ambient region, and we consider the variation in ion conductance with ambient pressure. We also analyze the impact of a fixed potential bias applied to the aperture valve. Simulations are performed with a two-dimensional axisymmetric PIC / DSMC code Starfish. Numerical results are compared to experimental data

Locally U(1)*U(1) Symmetric Cosmological Models: Topology and Dynamics

We show examples which reveal influences of spatial topologies to dynamics, using a class of spatially {\it closed} inhomogeneous cosmological models. The models, called the {\it locally U(1)$\times$U(1) symmetric models} (or the {\it generalized Gowdy models}), are characterized by the existence of two commuting spatial {\it local} Killing vectors. For systematic investigations we first present a classification of possible spatial topologies in this class. We stress the significance of the locally homogeneous limits (i.e., the Bianchi types or the `geometric structures') of the models. In particular, we show a method of reduction to the natural reduced manifold, and analyze the equivalences at the reduced level of the models as dynamical models. Based on these fundamentals, we examine the influence of spatial topologies on dynamics by obtaining translation and reflection operators which commute with the dynamical flow in the phase space.Comment: 32 pages, 1 figure, LaTeX2e, revised Introduction slightly. To appear in CQ

POLITICHE DI AMMISSIONE E GESTIONE DEI FLUSSI MIGRATORI DA LAVORO IN ITALIA DALLA TURCO-NAPOLITANO AD OGGI.

L'obiettivo di questo elaborato è quello di analizzare gli strumenti di cui si è dotata l'Italia al fine di regolare i flussi immigratori da lavoro. Dall'analisi svolta emerge la difficoltà dei governi italiani ad abbandonare una gestione emergenziale e contingente del fenomeno in favore di una maggiore consapevolezza di fronte all'immigrazione, in generale, e quella economica in particolare, in quanto elemento strutturale del tessuto socio-economico italiano. Le difficoltà oggettive, incontrate nella stesura dell'elaborato, sono frutto della complessità del fenomeno di per sé di natura transnazionale e che coinvolge una moltitudine di soggetti, oltre a presentare molteplici aspetti, da quelli socio-economici a quelli prettamente politici, fortemente intrecciati tra loro. Data la complessità di questo versante della politica migratoria, ho scelto una chiave di lettura storica, in quanto permette di evidenziare il profondo legame tra la discussione politica, caratterizzata da una forte polarizzazione ideologica, e gli interventi attuati in questa materia. All'interno di questi equilibri s'inserisce, inoltre, il crescente ruolo dell'Unione Europea che chiede, nonostante le resistenze dei singoli Stati, di rinunciare a una porzione di sovranità col fine di creare una politica migratoria comune. Nel primo capitolo vengono analizzati l'origine del fenomeno e la nascita della politica migratoria in Italia. Con l'approvazione della legge Turco-Napolitano nel 1998, e il conseguente raggruppamento delle leggi all'interno del Testo Unico, l'Italia cerca di dotarsi di una legge organica in materia migratoria. Il sistema è incentrato sulla chiamata nominativa del lavoratore ancora all'estero, che avviene secondo i limiti numerici definiti dalla programmazione dei flussi ed attuati attraverso il cosiddetto decreto-flussi. Questo meccanismo dimostra, fin dalla nascita, notevoli inadeguatezze e carenze, per cui si deve ricorrere sistematicamente a strumenti di regolarizzazione ex post di una presenza irregolare che tende a riprodursi, anche a causa del lavoro sommerso che funge da potente fattore d'attrazione dei flussi, e tutto questo perché, sia i datori di lavoro che i lavoratori immigrati, non trovano conveniente utilizzare i canali d'ingresso regolari. Nel secondo capitolo il punto di partenza è rappresentato dalla riforma attuata dalla legge Bossi-Fini nel 2001. Tale legge è frutto della nuova maggioranza di centro-destra che fa dell'immigrazione un tema cruciale per raccogliere consensi, associandola a situazioni problematiche di sicurezza e ordine pubblico. La legge interviene in maniera sostanziale sui meccanismi di ammissione, inasprendo le condizioni di ingresso con l'introduzione del “contratto di soggiorno” (che subordina la presenza alla disponibilità di un'occupazione lavorativa) e precarizzando il soggiorno dei regolari, dimezzando la durata dei permessi. Ai fattori interni si aggiunge l'influenza dell'Unione Europea. L'allargamento verso i paesi dell'Est rappresenta l'apice delle carenze del meccanismo di ammissione: una larga parte degli ingressi si sottrae al potere regolatorio del sistema delle quote, dal momento che buona parte dei flussi si compone di soggetti che non necessitano più di alcun permesso di soggiorno. La medesima incapacità emerge anche con il presentarsi della crisi economica alla fine del 2008. Infatti, nonostante la drastica riduzione delle quote, i flussi, prevalentemente diretti al servizio alle famiglie, si mantengono elevati e subiscono una battuta d'arresto solo a partire dal 2011. Nel terzo capitolo vengono presi in considerazione i provvedimenti più recenti: l'Accordo d'Integrazione all'interno del Piano per l'Integrazione e la Carta Blu sono frutto del crescente ruolo dell'Unione Europea e dell'affermarsi del nuovo (e più impegnativo) concetto d'integrazione e, pertanto, rappresentano il tentativo dell'azione politica di adeguarsi ai principi della politica migratoria dell'Unione Europea. Tali provvedimenti, tuttavia, hanno suscitato perplessità e critiche, sia in termini ideologici che in termini di attuabilità concreta, data la mancata predisposizione di risorse aggiuntive necessarie. Il quadro che emerge è che l'Italia ha attratto ingenti flussi senza che a questi corrispondesse una crescita economica, e questo è frutto del potere d'attrazione costituito dai fattori socio-demografici, come la bassa natalità, l'invecchiamento della popolazione, l'evoluzione delle aspettative lavorative, soprattutto dei giovani. In conclusione i problemi rimangono aperti, anche se oggi meno visibili principalmente per due fattori. Il primo consiste nella mancanza di un dibattito politico e mediatico, nonché scientifico, causato dalla poca notiziabilità dell'immigrazione regolare, in favore degli aspetti più eclatanti e conflittuali. Il secondo invece è rappresentato dalla battuta d'arresto dei flussi di arrivo, che fa apparire il problema lontano. E così l'azione politica aspetta, finché non si presenterà la prossima emergenza

Manufacture of Gowdy spacetimes with spikes

In numerical studies of Gowdy spacetimes evidence has been found for the development of localized features (spikes) involving large gradients near the singularity. The rigorous mathematical results available up to now did not cover this kind of situation. In this work we show the existence of large classes of Gowdy spacetimes exhibiting features of the kind discovered numerically. These spacetimes are constructed by applying certain transformations to previously known spacetimes without spikes. It is possible to control the behaviour of the Kretschmann scalar near the singularity in detail. This curvature invariant is found to blow up in a way which is non-uniform near the spike in some cases. When this happens it demonstrates that the spike is a geometrically invariant feature and not an artefact of the choice of variables used to parametrize the metric. We also identify another class of spikes which are artefacts. The spikes produced by our method are compared with the results of numerical and heuristic analyses of the same situation.Comment: 25 page

The Gowdy T3 Cosmologies revisited

We have examined, repeated and extended earlier numerical calculations of Berger and Moncrief for the evolution of unpolarized Gowdy T3 cosmological models. Our results are consistent with theirs and we support their claim that the models exhibit AVTD behaviour, even though spatial derivatives cannot be neglected. The behaviour of the curvature invariants and the formation of structure through evolution both backwards and forwards in time is discussed.Comment: 11 pages, LaTeX, 6 figures, results and conclusions revised and (considerably) expande

Chern-Simons functional and the no-boundary proposal in Bianchi IX quantum cosmology

The Chern-Simons functional $S_{\rm CS}$ is an exact solution to the Ashtekar-Hamilton-Jacobi equation of general relativity with a nonzero cosmological constant. In this paper we consider $S_{\rm CS}$ in Bianchi type IX cosmology with $S^3$ spatial surfaces. We show that among the classical solutions generated by~$S_{\rm CS}$, there is a two-parameter family of Euclidean spacetimes that have a regular NUT-type closing. When two of the three scale factors are equal, these spacetimes reduce to a one-parameter family within the Euclidean Taub-NUT-de~Sitter metrics. For a nonzero cosmological constant, $\exp(iS_{\rm CS})$ therefore provides a semiclassical estimate to the Bianchi~IX no-boundary wave function in Ashtekar's variables.Comment: 9 pages, REVTeX v3.0. (One reference added.

80% Valley Polarization of Free Carriers in Singly Oriented Single-Layer WS2 on Au(111)

We employ time- and angle-resolved photoemission spectroscopy to study the spin- and valley-selective photoexcitation and dynamics of free carriers at the K̄ and K̄′ points in singly oriented single-layer WS2/Au(111). Our results reveal that in the valence band maximum an ultimate valley polarization of free holes of 84% can be achieved upon excitation with circularly polarized light at room temperature. Notably, we observe a significantly smaller valley polarization for the photoexcited free electrons in the conduction band minimum. Clear differences in the carrier dynamics between electrons and holes imply intervalley scattering processes into dark states being responsible for the efficient depolarization of the excited electron population

The under-ice microbiome of seasonally frozen lakes

Compared to the well-studied open water of the “growing” season, under-ice conditions in lakes are characterized by low and rather constant temperature, slow water movements, limited light availability, and reduced exchange with the surrounding landscape. These conditions interact with ice-cover duration to shape microbial processes in temperate lakes and ultimately influence the phenology of community and ecosystem processes. We review the current knowledge on microorganisms in seasonally frozen lakes. Specifically, we highlight how under-ice conditions alter lake physics and the ways that this can affect the distribution and metabolism of auto- and heterotrophic microorganisms. We identify functional traits that we hypothesize are important for understanding under-ice dynamics and discuss how these traits influence species interactions. As ice coverage duration has already been seen to reduce as air temperatures have warmed, the dynamics of the under-ice microbiome are important for understanding and predicting the dynamics and functioning of seasonally frozen lakes in the near future

Development of a Linear Ion Trap Mass Spectrometer (LITMS) Investigation for Future Planetary Surface Missions

Future surface missions to Mars and other planetary bodies will benefit from continued advances in miniature sensor and sample handling technologies that enable high-performance chemical analyses of natural samples. Fine-scale (approx.1 mm and below) analyses of rock surfaces and interiors, such as exposed on a drill core, will permit (1) the detection of habitability markers including complex organics in association with their original depositional environment, and (2) the characterization of successive layers and gradients that can reveal the time-evolution of those environments. In particular, if broad-based and highly-sensitive mass spectrometry techniques could be brought to such scales, the resulting planetary science capability would be truly powerful. The Linear Ion Trap Mass Spectrometer (LITMS) investigation is designed to conduct fine-scale organic and inorganic analyses of short (approx.5-10 cm) rock cores such as could be acquired by a planetary lander or rover arm-based drill. LITMS combines both pyrolysis/gas chromatograph mass spectrometry (GCMS) of sub-sampled core fines, and laser desorption mass spectrometry (LDMS) of the intact core surface, using a common mass analyzer, enhanced from the design used in the Mars Organic Molecule Analyzer (MOMA) instrument on the 2018 ExoMars rover. LITMS additionally features developments based on the Sample Analysis at Mars (SAM) investigation on MSL and recent NASA-funded prototype efforts in laser mass spectrometry, pyrolysis, and precision subsampling. LITMS brings these combined capabilities to achieve its four measurement objectives: (1) Organics: Broad Survey Detect organic molecules over a wide range of molecular weight, volatility, electronegativity, concentration, and host mineralogy. (2) Organic: Molecular Structure Characterize internal molecular structure to identify individual compounds, and reveal functionalization and processing. (3) Inorganic Host Environment Assess the local chemical/mineralogical makeup of organic host phases to help determine deposition and preservation factors. (4) Chemical Stratigraphy Analyze the fine spatial distribution and variation of key species with depth