Nonclassical photon pair production in a voltage-biased Josephson junction

We investigate electromagnetic radiation emitted by a small voltage-biased Josephson junction connected to a superconducting transmission line. At frequencies below the well known emission peak at the Josephson frequency (2eV/h), extra radiation is triggered by quantum fluctuations in the electromagnetic environment. For weak tunneling couplings and typical ohmic transmission lines, the corresponding photon flux spectrum is symmetric around half the Josephson frequency, indicating that the photons are predominately created in pairs. By establishing an input-output formalism for the microwave field in the transmission line, we give further evidence for this nonclassical photon pair production, demonstrating that it violates the classical Cauchy-Schwarz inequality for two-mode flux cross correlations. In connection to recent experiments, we also consider a stepped transmission line, where resonances increase the signal-to-noise ratio.Comment: 5 pages, 2 figures. This version accepted in Physical Review Letter

Input-output description of microwave radiation in the dynamical Coulomb blockade

We study microwave radiation emitted by a small voltage-biased Josephson junction connected to a superconducting transmission line. An input-output formalism for the radiation field is established, using a perturbation expansion in the junction's critical current. Using output field operators solved up to the second order, we estimate the spectral density and the second-order coherence of the emitted field. For typical transmission line impedances and at frequencies below the main emission peak at the Josephson frequency, radiation occurs predominantly due to two-photon emission. This emission is characterized by a high degree of photon bunching if detected symmetrically around half of the Josephson frequency. Strong phase fluctuations in the transmission line make related nonclassical phase-dependent amplitude correlations short lived, and there is no steady-state two-mode squeezing. However, the radiation is shown to violate the classical Cauchy-Schwarz inequality of intensity cross-correlations, demonstrating the nonclassicality of the photon pair production in this region.Comment: 29 pages, 4 figure

Förord

Föror

Shutting down or powering up a (U)LIRG? Merger components in distinctly different evolutionary states in IRAS 19115-2124 (the Bird)

We present new SINFONI near-infrared (NIR) integral field unit (IFU) spectroscopy and Southern African Large Telescope (SALT) optical long-slit spectroscopy characterizing the history of a nearby merging luminous infrared galaxy, dubbed the Bird (IRAS19115-2124). TheNIR line-ratio maps of the IFU data cubes and stellar population fitting of the SALT spectra now allow dating of the star formation (SF) over the triple system uncovered from our previous adaptive optics data. The distinct components separate clearly in line-ratio diagnostic diagrams, both thermal and non-thermal excitation is present. An off-nuclear starburst dominates the current SF of the Bird with 60-70 per cent of the total, with a 4-7 Myr age. The most massive nucleus, in contrast, is quenched with a starburst age of >40 Myr and shows hints of budding active galactic nucleus (AGN) activity. The secondary massive nucleus is at an intermediate stage. The two major components have signs of an older stellar population, consistent with a starburst triggered 1 Gyr ago in a first encounter. The simplest explanation of the history is that of a triple merger, where the strongly star-forming component has joined later. We detect multiple gas flows. The Bird offers an opportunity to witness multiple stages of galaxy evolution in the same system; triggering as well as very recent quenching of SF, and, perhaps, an early appearance of AGN activity. It also serves as a cautionary note on interpretations of observations with lower spatial resolution and/or without infrared data. At high redshift the system would look like a clumpy starburst with crucial pieces of its puzzle hidden in danger of misinterpretations.Peer reviewe

Turvetta korvaavien kuivikemateriaalien ilmastovaikutukset

Julkaisuun on korjattu sivut 66 ja 67 (7.1.2022). Kuvassa 41 rahkasammaleen ja järviruo’on perustilanteen maankäytön päästöt ovat muuttuneet. Kuvassa 43 murukuivikkeen perustilanteen päästöt ovat muuttuneet.Turpeen kuivikekäytön ilmastovaikutukset eivät merkittävästi poikkea turpeen energiahyödyntämisen vaikutuksista, joten ilmastosyistä turpeen kuivikekäyttöä tulee vähentää ja tilalle tarvitaan pienemmän ilmastovaikutuksen omaavia tuotteita. Myös turpeen saatavuuden arvioidaan heikentyvän ja hinnan nousevan jo lähitulevaisuudessa energiaturpeen käytön vähenemisen seurauksena. Kotieläintilat tarvitsevat kuiviketurpeen tilalle nopeasti vaihtoehtoja. Ratkaisuja etsittiin Euroopan maaseudun kehittämisen maatalousrahaston rahoittamassa Turvetta korvaavat uusiutuvat kuivikemateriaalit (TURVEKE 2019-2021) -hankkeessa, jossa tutkittiin turpeelle vaihtoehtoisten kuivikemateriaalien ominaisuuksia ja käytettävyyttä. Tilakokeisiin valittujen kuivikemateriaalien – turve, rahkasammal, järviruokosilppu, ruokohelpisilppu ja -pelletti, puupohjainen murukuivike ja tekstiilibriketti – tuotannolle laskettiin hiilijalanjälki. Hiilijalanjälkilaskennan rajaukset, käytetty tausta-aineisto ja tulokset on esitetty tässä raportissa. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että lähes kaikkien tutkittujen materiaalien hiilijalanjälki oli turvetta pienempi, mutta huomattavaa vaihtelua esiintyi materiaalien tuotantotavasta ja käytetyistä laskentaoletuksista riippuen. Mitatun tutkimustiedon niukkuus ja erot raaka-aineiden lähteissä, ominaisuuksissa sekä tuotantotavoissa aiheuttivat tuloksiin epävarmuutta, jota on syytä vähentää jatkotutkimuksilla. Tutkituista kuivikemateriaaleista järviruokosilpun hiilijalanjäljen arvo oli negatiivinen, eli sen käytöllä voidaan vähentää kasvihuonekaasupäästöjä. Myös tekstiilibriketin, kivennäismaalla viljellyn ruokohelven ja rahkasammaleen hiilijalanjäljet osoittautuivat turvetta pienemmiksi. Puupohjaisen murukuivikkeen hiilijalanjälki oli sen sijaan turvetta suurempi valitulla lähestymistavalla tarkasteltuna. Ruokohelven hiilijalanjälki puolestaan vaihtelee merkittävästi riippuen mm. pellon maalajista, satotasosta ja juurimassan osuudesta. Kun kuivikkeena käytetään uusiutuvaa biomassaa, aiheuttaa sen tuotanto, korjuu ja hyödyntäminen muutoksia ekosysteemien hiilitaseisiin sekä maaperäpäästöihin. Tätä kutsutaan maankäytön vaikutukseksi, ja sen merkitys on suuri näiden materiaalien tuotannossa. Maankäytön päästöjen arviointiin liittyy kuitenkin suurta vaihtelua sekä epävarmuuksia tutkimustiedon niukkuuden takia. Kuivikemateriaalien prosessointi ja kuljettaminen osoittautuivat kokonaisuudessa vaikutuksiltaan vähäisiksi. Näin ollen erityisesti kierrätysmateriaalien sekä erilaisten sivutuotteiden jalostaminen kuivikekäyttöön voisi olla ilmastovaikutusten kannalta kannattavaa. Jalostamisella voidaan myös parantaa materiaalien soveltuvuutta kuivikkeeksi sekä varmistaa niiden hygieenisyys ja turvallisuus. Kuivikemateriaalien ominaisuudet vaikuttavat käyttömäärien lisäksi myös esimerkiksi typen haihtumiseen ammoniakkina ja nesteen pidätyskykyyn. Myös lannasta muodostuvat metaanipäästöt voivat vaihdella kuivikelajin mukaan. Näitä ei laskennassa huomioitu tutkimustiedon puutteen vuoksi. Jotta turvetta korvaavilla materiaaleilla voidaan saavuttaa riittävät kuivikeominaisuudet ja taata niiden saatavuus, on selvää, että tarvitaan useita eri raaka-aineita sekä niiden seoksia. Uusien kuivikkeiden tulee myös mahdollistaa kuivikelannan ravinteiden hyödyntäminen. Uusien kuivikemateriaalien tuotanto aiheuttaa muutoksia raaka-aineiden hyödyntämisessä sekä vaikuttaa siten myös vallitseviin tuotantorakenteisiin. Siten hiilijalanjälki ei yksinään kuvaa tuotteen tuotannon ilmastovaikutuksia riittävästi, vaan tulisi arvioida myös, millaisia seurausvaikutuksia uusien materiaalien tuotanto ilmastolle aiheuttaa. Muut ympäristövaikutukset, kuten vaikutukset luonnon monimuotoisuuteen ja vesistöihin, tulee myös sisällyttää arviointiin. Parhaimmillaan turvetta korvaavat kuivikemateriaalit voivat tuoda uusia työpaikkoja, tukea kiertotaloutta ja hillitä ilmastonmuutosta

A rare disease and education: Neurofibromatosis type 1 decreases educational attainment

Rare heritable syndromes may affect educational attainment. Here, we study education in neurofibromatosis 1 (NF1) that is associated with multifaceted medical, social and cognitive consequences. Educational attainment in the Finnish population‐based cohort of 1408 individuals with verified NF1 was compared with matched controls using Cox proportional hazards model with delayed entry and competing risk for death. Moreover, models accounting for the effects of cancer at age 15–30 years, parental NF1 and developmental disorders were constructed. Overall, the attainment of secondary education was reduced in individuals with NF1 compared to controls (hazard ratio 0.83, 95%CI 0.74–0.92). History of cancer and developmental disorders were major predictors of lack of secondary education. Individuals with NF1 obtained vocational secondary education more often than general upper secondary education. Consequently, NF1 decreased the attainment of Bachelor's and Master's degrees by 46%–49% and 64%–74%, respectively. Surprisingly, the non‐NF1 siblings of individuals with NF1 also had lower educational attainment than controls, irrespective of parental NF1. In conclusion, NF1 is associated with reduced educational attainment and tendency for affected individuals to obtain vocational instead of academic education. Individuals living with NF1, especially those with cancer, developmental disorders or familial NF1, need effective student counseling and learning assistance.</p

Comparison of manual and automatic techniques for substriatal segmentation in C-11-raclopride high-resolution PET studies

Background: The striatum is the primary target in regional C-11-raclopride-PET studies, and despite its small volume, it contains several functional and anatomical subregions. The outcome of the quantitative dopamine receptor study using C-11-raclopride-PET depends heavily on the quality of the region-of-interest (ROI) definition of these subregions. The aim of this study was to evaluate subregional analysis techniques because new approaches have emerged, but have not yet been compared directly.Materials and methods: In this paper, we compared manual ROI delineation with several automatic methods. The automatic methods used either direct clustering of the PET image or individualization of chosen brain atlases on the basis of MRI or PET image normalization. State-of-the-art normalization methods and atlases were applied, including those provided in the FreeSurfer, Statistical Parametric Mapping8, and FSL software packages. Evaluation of the automatic methods was based on voxel-wise congruity with the manual delineations and the test-retest variability and reliability of the outcome measures using data from seven healthy male participants who were scanned twice with C-11-raclopride-PET on the same day.Results: The results show that both manual and automatic methods can be used to define striatal subregions. Although most of the methods performed well with respect to the test-retest variability and reliability of binding potential, the smallest average test-retest variability and SEM were obtained using a connectivity-based atlas and PET normalization (test-retest variability=4.5%, SEM=0.17).Conclusion: The current state-of-the-art automatic ROI methods can be considered good alternatives for subjective and laborious manual segmentation in C-11-raclopride-PET studies.Copyright (C) 2016 Wolters Kluwer Health, Inc. All rights reserved.</div