Dynamics of a Semiflexible Polymer or Polymer Ring in Shear Flow

Polymers exposed to shear flow exhibit a rich tumbling dynamics. While rigid rods rotate on Jeffery orbits, flexible polymers stretch and coil up during tumbling. Theoretical results show that in both of these asymptotic regimes the tumbling frequency f_c in a linear shear flow of strength \gamma scales as a power law Wi^(2/3) in the Weissenberg number Wi=\gamma \tau, where \tau is a characteristic time of the polymer's relaxational dynamics. For flexible polymers these theoretical results are well confirmed by experimental single molecule studies. However, for the intermediate semiflexible regime the situation is less clear. Here we perform extensive Brownian dynamics simulations to explore the tumbling dynamics of semiflexible polymers over a broad range of shear strength and the polymer's persistence length l_p. We find that the Weissenberg number alone does not suffice to fully characterize the tumbling dynamics, and the classical scaling law breaks down. Instead, both the polymer's stiffness and the shear rate are relevant control parameters. Based on our Brownian dynamics simulations we postulate that in the parameter range most relevant for cytoskeletal filaments there is a distinct scaling behavior with f_c \tau*=Wi^(3/4) f_c (x) with Wi=\gamma \tau* and the scaling variable x=(l_p/L)(Wi)^(-1/3); here \tau* is the time the polymer's center of mass requires to diffuse its own contour length L. Comparing these results with experimental data on F-actin we find that the Wi^(3/4) scaling law agrees quantitatively significantly better with the data than the classical Wi^(2/3) law. Finally, we extend our results to single ring polymers in shear flow, and find similar results as for linear polymers with slightly different power laws.Comment: 17 pages, 14 figure

The Sugar Daddy's Game: How Wealthy Investors Change Competition in Professional Team Sports

Professional sports leagues have witnessed the appearance of so-called "sugar daddies" - people who invest enormous amounts of money into clubs and become their owners. This paper presents a contest model of a professional sports league that incorporates this phenomenon. We analyze how the appearance of a sugar daddy alters competitive balance and social welfare compared to a league with purely profit-maximizing club owners. We further show that the welfare effect of revenue sharing in a sugar daddy league is ambiguous and depends on the degree of redistribution and on whether the sugar daddy invests in a small or large club.Competitive balance, contest model, social welfare, sports leagues, sugar daddy

The stellar structure and outer disk kinematics of high-redshift galaxies from near-infrared observations

The universe at redshift 1 < z < 3 represents the peak epoch of rapid galaxy mass assembly and very active star-formation in galaxies, but also poses many observational challenges. This thesis addresses the buildup of galaxy mass as well as the shut-down of star formation in galaxies (referred to as 'quenching') using state-of-the-art spatially resolved observations of galaxies at high redshift from ground- and space based near-infrared (NIR) datasets. The first part of this thesis presents an analysis of the stellar morphology of massive galaxies (M_star > 10^10 M_sun) at 0.5 < z < 2.5 on the basis of the CANDELS dataset, providing deep rest-frame Ultraviolet(UV)-to-NIR imaging from the Hubble Space Telescope (HST) at high angular resolution. This is complemented by grism spectroscopy from the 3D-HST survey used to derive accurate redshift information. Both stellar mass and rest-frame optical light distributions of 6764 galaxies are quantified by performing single Sersic fits as well as bulge-to-disk decompositions. The stellar mass distributions are reconstructed through resolved stellar population modeling on the panchromatic imaging dataset. The results show that quiescent galaxies at high redshift possess increased bulge fractions compared to their star-forming counterparts as seen in their mass distribution, previously only observed in rest-frame optical light. Moreover, the Sersic index and bulge-to-total ratio (B/T) among star- forming galaxies show an increase towards higher stellar masses (with the median B/T reaching 40-50 % above 10^11 M_sun), hinting at significant bulge growth of star-forming galaxies along the main sequence before quenching. The bulge mass of a galaxy appears to be a more reliable predictor of quiescence than total stellar mass or disk mass. These empirical results and a further comparison to state-of-the-art theoretical models support that possible quenching mechanisms are internal to galaxies and closely associated with bulge growth. \\ The second part of this work focuses on the outer disk kinematics of star-forming galaxies at high redshift on the basis of large and deep Integral-Field-Unit (IFU) datasets tracing the resolved ionized gas kinematics from H-alpha. Both the ongoing KMOS-3D survey and the subset of the SINS/zc-SINF survey observed in adaptive optics assisted mode, are exploited to build a sample of ~ 100 massive star forming disk galaxies at 0.7 < z < 2.6. Employing a novel stacking approach, a representative rotation curve reaching out to several effective radii can be robustly constrained. The stacked rotation curve exhibits a significant decrease in rotation velocity beyond the turnover. This result confirms, and extends to a larger sample, the falloff that had so far been observed in a handful of individual high-z disks with best data quality and signal-to-noise ratio. A comparison with models shows that the falling outer rotation curve can be explained by a high mass fraction of baryons in the disk relative to the dark matter halo (m_d = 0.05 -0.1) in combination with a significant level of pressure support in the outer disk (sigma_0 = 35 km/s). These findings confirm the high baryon fractions found by comparing the stellar, gas and dynamical masses of high redshift galaxies independently of assumptions on the light-to-mass conversion and Initial stellar Mass Function (IMF). The rapid falloff of the stacked rotation curve can be explained by pressure gradients, which are significant in the gas-rich, turbulent high-z disks and suggests a possible pressure-driven truncation of the outer disk. \\ Lastly, a derivation of beam smearing corrections is presented that is applicable to high-redshift IFU datasets to recover the intrinsic values of rotation velocity and velocity dispersion. The corrections are based on simulated mock datacubes to mimic real IFU observations for a wide range of various intrinsic galaxy parameters assuming exponential disks. The correction for rotation velocity only depends on the size of the galaxy versus the size of the instrumental spatial point spread function (PSF), and fitting functions for the corrections to be easily applied to large datasets are presented. The corrections for velocity dispersion depend on several additional intrinsic galaxy parameters such as the inclination angle and dynamical mass. Based on the grid of models spanning a wide range in these galaxy parameters, the correction for velocity dispersion can be applied to any observed source

Efficient DMFT-simulation of the Holstein-Hubbard Model

We present a method for solving impurity models with electron-phonon coupling, which treats the phonons efficiently and without approximations. The algorithm is applied to the Holstein-Hubbard model in the dynamical mean field approximation, where it allows access to strong interactions, very low temperatures and arbitrary fillings. We show that a renormalized Migdal-Eliashberg theory provides a reasonlable description of the phonon contribution to the electronic self energy in strongly doped systems, but fails if the quasiparticle energy becomes of order of the phonon frequency.Comment: Published versio

Die Kultur und Kreativwirtschaft in Winterthur und Region : Eine empirische Potenzial- und Entwicklungsstudie

Mit der empirischen Potenzial- und Entwicklungsstudie «Die Kultur und Kreativwirtschaft in Winterthur und Region» im Auftrag der Stadtentwicklung Winterthur, Standortförderung Region Winterthur, Standortförderung – Amt für Wirtschaft und Arbeit des Kantons Zürich und der ZHAW School of Management & Law werden erstmals relevante Daten, Informationen und Entwicklungstendenzen zum Standort Winterthur und Region sowie dessen Teilmärkten der Kultur und Kreativwirtschaft erhoben. Herausgeber der Studie ist das Zentrum für Kulturmanagement der ZHAW. Im Fokus stehen die räumlichen, beschäftigungspolitischen und angebotsrelevanten Potenziale sowie die Erarbeitung von adäquaten Szenarien, Strategien und Massnahmen zur Entwicklung von Clustern der städtischen und regionalen Kultur und Kreativwirtschaft. Neben der Erfassung statistischer Strukturdaten auf Basis der Betriebszählung 2008 wurden Akteure sowie Unternehmen der verschiedenen Teilmärkte der Kultur und Kreativwirtschaft in Winterthur und Region mittels quantitativer Online-Umfrage sowie sechs qualitativen Experteninterviews und vier Fokusgruppen-Diskussionen zu ihren Arbeitsweisen, Erfahrungen, Meinungen und Einschätzungen befragt. Insgesamt haben 99 Personen die Online-Umfrage beantwortet. Dies entspricht einem Rücklauf von 12,5 Prozent einer Grundgesamtheit von 789 Betrieben, was als gutes Resultat betrachtet werden kann. Die Ergebnisse der empirischen Analysen wurden in einem sparten- und netzwerkübergreifenden Kreativworkshop mit 15 Akteuren aus den Teilmärkten Design- und Musikwirtschaft, Architektur, Kunst und Darstellende Kunst vertieft sowie erste Entwicklungspotenziale und weitere Ideen auf Sinnhaftigkeit und Machbarkeit überprüft. Seitens des Projektteams wurden anschliessend ein Entwicklungsmodell, verschiedene Szenarien, Strategien und Massnahmen für die künftige Entwicklung relevanter Teilmärkte erarbeitet sowie basierend auf einer abschliessenden SWOT-Analyse zur Potenzialentwicklung entsprechende Empfehlungen skizziert. Strukturelle Aspekte – Relevante Kennzahlen und Stakeholder: Winterthur verfügt über ein eigenständiges und vielfältiges Kulturleben mit interessanten und zum Teil bekannten Aufführungs- und Ausstellungsorten. Mit Blick auf den Standortquotienten als Mass zum Vergleich der regionalen Stärke der Kultur und Kreativwirtschaft im Verhältnis zu Zürich weist die Stadt Winterthur überdurchschnittliche Beschäftigungsanteile in den Branchen Kulturunterricht (2,95), Museen (3,55), Theater- und Ballettgruppen (4,93), Fotografie (2,03) und Tonstudios (9,99) auf. Stark untervertreten sind hingegen die Teilmärkte der neueren Kreativwirtschaft wie Rundfunk (0,14), Presse (0,4) und Werbung (0,42) sowie die Design- (0,37) und Filmwirtschaft (0,62), die eine gewisse Wertschöpfungsstärke ausweisen, die es zu nutzen gilt. Als wichtige Anspruchsgruppen der Studie gelten neben Kapital- und Auftraggebern, Staat und Politik insbesondere die Akteure und Unternehmen der städtischen und regionalen Kultur und Kreativwirtschaft in Form von Netzwerken, Strukturen, Kunden und Lieferanten Empirie – Resultate der Befragungen: Für die Teilmärkte Film, Darstellende Kunst, Design, Architektur, Software-/Games-Industrie und Kunst ist eine positive Grundstimmung bezüglich Beschäftigungs- und Umsatzdynamik zu verzeichnen. Winterthur wird von 89 Prozent der Befragten vornehmlich als Kulturstadt wahrgenommen, wobei der Standort auch in Bezug auf unternehmerische Freiheit (69 Prozent) und inspirierende Umgebung (76 Prozent) als sehr positiv beurteilt wird. Hinsichtlich Infrastruktur und Räume wird die Qualität, nicht aber die Quantität von Veranstaltungsorten bemängelt (Gute Veranstaltungsorte: Zustimmung 48 Prozent). Bestehende Cluster in den Bereichen Medizinaltechnik und Gesundheit in Verbindung mit der in Winterthur ansässigen ZHAW bieten ideale Voraussetzungen für die Entwicklung der Winterthurer Designwirtschaft. Ein Potenzial des Teilmarkts Musik könnte darin bestehen, die typischen Wellenbewegungen in der Szene aufzufangen, indem sich Winterthur als Livemusik-Stadt positioniert und nach neuen Wegen sucht, um den Verlust der Musikhochschule zu kompensieren. Der interthurer Architekturmarkt hängt unter anderem von den Bautätigkeiten in der Region ab. Die wachsende Nachfrage und gute Auftragslage der Winterthurer Architektur- und Innenarchitekturbüros sprechen dafür, dass sich der Teilmarkt Architektur langfristig aus sich selbst heraus entwickeln wird. Der Immobilienmarkt Winterthurs bietet somit Chancen zur Attraktion von Kultur- und Kreativunternehmen aus Zürich. Die Entwicklung des Kunstmarkts und des Markts der Darstellenden Kunst bleibt grundsätzlich eine Frage der langfristigen Entwicklung und existierenden finanziellen Mittel. Die Eröffnung eines Kulturbüros für die verschiedenen Akteure des kulturellen Sektors bietet eine von mehreren Möglichkeiten, entsprechende Ressourcen und Infrastrukturen bewusst zu bündeln. Handlungsfelder – Resultate aus den Workshops: Zur Verbesserung der Situation der Kultur und Kreativwirtschaft in Winterthur und Region werden erstens ein Kreativhaus/Zentrum für Kultur, zweitens die Realisierung einer Kreativtagung beziehungsweise Zukunftswerkstatt sowie drittens die Etablierung eines Administrations-Hubs auf Seiten der Workshop-Teilnehmenden priorisiert. Schlussfolgerungen – Potenziale: Die Chancen der Stadt Winterthur bestehen in einer intensiveren Vernetzung der verschiedenen Teilmärkte und Branchen der Kultur und Kreativwirtschaft untereinander sowie dem bewussten Einbezug der verschiedenen Hochschuldepartemente der ZHAW. Insbesondere die Teilmärkte Design, Architektur und Musik bieten gute Voraussetzungen für eine verstärkte Entwicklung. Die Selbstbezogenheit Winterthurs begünstigt eigenständige Entwicklungen, die es zu akzentuieren und in ökonomische Werte umzumünzen gilt. Andererseits gefährdet der starke Selbstbezug in Teilen der Winterthurer Kultur und Kreativwirtschaft Exportorientierung und Innovationen. Aufgrund der starken Verflechtungen der Kultur mit der Kreativwirtschaft betreffen Kürzungen im öffentlichen Kulturbudget auch weite Teile der Kreativwirtschaft wie beispielsweise den Design-, Event- und Musikmarkt aber auch den Markt der Darstellenden Kunst sowie den Kunstmarkt. Ohne ein klares Commitment mit Signalwirkung und äussere Anreize gehen Elan und Erneuerungswille schnell verloren. Aufgrund der geringen Beschäftigungsquote in Winterthur stellen sich darüber hinaus grundsätzliche über die Kultur und Kreativwirtschaft hinausgehende strukturelle Fragen. Eine adäquate Förderung der Kultur und Kreativwirtschaft erfordert verschiedene Massnahmen, die im Sinne einer Gesamtstrategie sorgfältig geplant, kontinuierlich entwickelt und umgesetzt werden müssen. Eine zukunftsfähige Vision, heruntergebrochen in ein netzwerk- und spartenübergreifendes Konzept mit dem Ziel, konkrete Initiativen und Projekte für die Entwicklung der Winterthurer Kultur und Kreativwirtschaft anzustossen, wäre eine lohnenswerte Konsequenz aus den Ergebnissen dieser Forschungsstudie. Idealerweise wird ein solches Konzept in Kooperation von Stadt, Kanton, Wirtschafts- und Kulturförderung, Hochschule sowie weiteren Stakeholdern aus den verschiedenen Teilmärkten der Kultur und Kreativwirtschaft gemeinsam erarbeitet und spiegelt sich in der Umsetzung konkreter Projekte wider. Auf Basis der verschiedenen Analysen empfiehlt das Projektteam des Zentrums für Kulturmanagement der ZHAW daher eine schrittweise Implementierung kurz-, mittel- und langfristiger Szenarien, Strategien und Massnahmen für die kontinuierliche Entwicklung der Kultur und Kreativwirtschaft in Winterthur und Region

Gauge protection in non-Abelian lattice gauge theories

Protection of gauge invariance in experimental realizations of lattice gauge theories based on energy-penalty schemes has recently stimulated impressive efforts both theoretically and in setups of quantum synthetic matter. A major challenge is the reliability of such schemes in non-Abelian gauge theories where local conservation laws do not commute. Here, we show through exact diagonalization that non-Abelian gauge invariance can be reliably controlled using gauge-protection terms that energetically stabilize the target gauge sector in Hilbert space, suppressing gauge violations due to unitary gauge-breaking errors. We present analytic arguments that predict a volume-independent protection strength $V$, which when sufficiently large leads to the emergence of an \textit{adjusted} gauge theory with the same local gauge symmetry up to least a timescale $\propto\sqrt{V/V_0^3}$. Thereafter, a \textit{renormalized} gauge theory dominates up to a timescale $\propto\exp(V/V_0)/V_0$ with $V_0$ a volume-independent energy factor, similar to the case of faulty Abelian gauge theories. Moreover, we show for certain experimentally relevant errors that single-body protection terms robustly suppress gauge violations up to all accessible evolution times in exact diagonalization, and demonstrate that the adjusted gauge theory emerges in this case as well. These single-body protection terms can be readily implemented with fewer engineering requirements than the ideal gauge theory itself in current ultracold-atom setups and NISQ devices.Comment: 24 pages, 7 figures, journal articl

The stellar structure and outer disk kinematics of high-redshift galaxies from near-infrared observations

The universe at redshift 1 < z < 3 represents the peak epoch of rapid galaxy mass assembly and very active star-formation in galaxies, but also poses many observational challenges. This thesis addresses the buildup of galaxy mass as well as the shut-down of star formation in galaxies (referred to as 'quenching') using state-of-the-art spatially resolved observations of galaxies at high redshift from ground- and space based near-infrared (NIR) datasets. The first part of this thesis presents an analysis of the stellar morphology of massive galaxies (M_star > 10^10 M_sun) at 0.5 < z < 2.5 on the basis of the CANDELS dataset, providing deep rest-frame Ultraviolet(UV)-to-NIR imaging from the Hubble Space Telescope (HST) at high angular resolution. This is complemented by grism spectroscopy from the 3D-HST survey used to derive accurate redshift information. Both stellar mass and rest-frame optical light distributions of 6764 galaxies are quantified by performing single Sersic fits as well as bulge-to-disk decompositions. The stellar mass distributions are reconstructed through resolved stellar population modeling on the panchromatic imaging dataset. The results show that quiescent galaxies at high redshift possess increased bulge fractions compared to their star-forming counterparts as seen in their mass distribution, previously only observed in rest-frame optical light. Moreover, the Sersic index and bulge-to-total ratio (B/T) among star- forming galaxies show an increase towards higher stellar masses (with the median B/T reaching 40-50 % above 10^11 M_sun), hinting at significant bulge growth of star-forming galaxies along the main sequence before quenching. The bulge mass of a galaxy appears to be a more reliable predictor of quiescence than total stellar mass or disk mass. These empirical results and a further comparison to state-of-the-art theoretical models support that possible quenching mechanisms are internal to galaxies and closely associated with bulge growth. \\ The second part of this work focuses on the outer disk kinematics of star-forming galaxies at high redshift on the basis of large and deep Integral-Field-Unit (IFU) datasets tracing the resolved ionized gas kinematics from H-alpha. Both the ongoing KMOS-3D survey and the subset of the SINS/zc-SINF survey observed in adaptive optics assisted mode, are exploited to build a sample of ~ 100 massive star forming disk galaxies at 0.7 < z < 2.6. Employing a novel stacking approach, a representative rotation curve reaching out to several effective radii can be robustly constrained. The stacked rotation curve exhibits a significant decrease in rotation velocity beyond the turnover. This result confirms, and extends to a larger sample, the falloff that had so far been observed in a handful of individual high-z disks with best data quality and signal-to-noise ratio. A comparison with models shows that the falling outer rotation curve can be explained by a high mass fraction of baryons in the disk relative to the dark matter halo (m_d = 0.05 -0.1) in combination with a significant level of pressure support in the outer disk (sigma_0 = 35 km/s). These findings confirm the high baryon fractions found by comparing the stellar, gas and dynamical masses of high redshift galaxies independently of assumptions on the light-to-mass conversion and Initial stellar Mass Function (IMF). The rapid falloff of the stacked rotation curve can be explained by pressure gradients, which are significant in the gas-rich, turbulent high-z disks and suggests a possible pressure-driven truncation of the outer disk. \\ Lastly, a derivation of beam smearing corrections is presented that is applicable to high-redshift IFU datasets to recover the intrinsic values of rotation velocity and velocity dispersion. The corrections are based on simulated mock datacubes to mimic real IFU observations for a wide range of various intrinsic galaxy parameters assuming exponential disks. The correction for rotation velocity only depends on the size of the galaxy versus the size of the instrumental spatial point spread function (PSF), and fitting functions for the corrections to be easily applied to large datasets are presented. The corrections for velocity dispersion depend on several additional intrinsic galaxy parameters such as the inclination angle and dynamical mass. Based on the grid of models spanning a wide range in these galaxy parameters, the correction for velocity dispersion can be applied to any observed source