On the Size of Hadrons

The form factor and the mean-square radius of the pion are calculated analytically from a parametrized form of a $q\bar q$ wave function. The numerical wave function was obtained previously by solving numerically an eigenvalue equation for the pion in a particular model. The analytical formulas are of more general interest than just be valid for the pion and can be generalized to the case with unequal quark masses. Two different parametrizations are investigated. Because of the highly relativistic problem, noticable deviations from a non-relativistic formula are obtained.Comment: 14 pages, minor typos corrected, several points clarified, results unchange

Renormalization of an effective Light-Cone QCD-inspired theory for the Pion and other Mesons

The renormalization of the effective QCD-Hamiltonian theory for the quark-antiquark channel is performed in terms of a renormalized or fixed-point Hamiltonian that leads to subtracted dynamical equations. The fixed point-Hamiltonian brings the renormalization conditions as well as the counterterms that render the theory finite. The approach is renormalization group invariant. The parameters of the renormalized effective QCD-Hamiltonian comes from the pion mass and radius, for a given constituent quark mass. The 1s and excited 2s states of $\bar u q$ are calculated as a function of the mass of the quark $q$ being s, c or b, and compared to the experimental values.Comment: 39 pages, 10 figure

Initial slag in primary desulphurisation of hot metal

Abstract. The efficiency of the primary desulphurisation process at SSAB Europe Oy, Raahe steel plant varies greatly. This is assumed to be partly due to the fact that the amount and composition of initial slag in primary desulphurisation exhibit large variances. The main goal of this thesis was to study the composition and amount of initial slag, and to identify the effect of initial slag on the efficiency of the primary desulphurisation process. Another aim was to search for alternative initial slag modifying agents, to replace the currently used sodium carbonate, by means of a literature review. In the theoretical part of the thesis, the most common methods for desulphurisation of hot metal are presented, as well as the main reactions and reaction mechanisms of the CaO-based reagent injection. The desulphurisation of hot metal occurs mainly as a reagent-metal reaction, but in this thesis the emphasis is on the slag-metal reaction. In addition, the theoretical part contains a literature review of alternative initial slag modifying agents, of which nepheline syenite and Na₂O-SiO₂-CaF₂-based agents seemed to be the options with the most potential. In order to study the composition and amount of initial slag, a sampling campaign was organised, during which initial slag samples were collected at the primary desulphurisation plant. Additionally, an industrial test-run was conducted, during which the utilisation potential of ladle slag was tested in initial slag modification, and the composition of initial slag was standardised by a slag addition. The effects of the slag addition on the liquid fraction, dynamic viscosity and the sulphide capacity of the slag were estimated beforehand. The amount as well as the origin of initial slag were studied based on mass balance calculations utilising the data of the test-run. Moreover, the effect of slag components on primary desulphurisation was studied by making use of multi-variable linear regression modelling. Unfortunately, the effect of slag components on desulphurisation characteristics, namely desulphurisation efficiency and the amount of sulphur in hot metal after desulphurisation, could not be identified. The structure and mineralogical composition of a rapidly cooled piece of initial slag was investigated, and the main phase was identified to be a glassy phase with a composition close to that of melilite. From the main phase, a larnite phase had started to crystallise as dendrites before the sample had solidified. This result indicates that the slag sample was molten at the moment of sampling. Thus, the current initial slag modifying agent had successfully fluidised the slag. It was discovered that the temperature as well as the amounts of CaO and Na₂O in the slag increase the sulphur distribution ratio and the sulphide capacity of the slag, whereas manganese in the slag decreases them. The obtained estimate for the average mass of initial slag during the test-run was 480.6 kg. With respect to the mass, around half of initial slag was estimated to be constituted of skull worn off the ladle, and around one-fourth was estimated to have originated from blast furnace slag. The initial slag during the test-run was liquid according to observations that were made. The sulphide capacities of the slags were calculated and compared to those estimated utilising a model proposed by Young et al. (1992). The performance of the model was found to be rather poor with the present dataset, thus a novel model for predicting the sulphide capacity of the slag was constructed using regression modelling. The model performed with reasonable accuracy using the present dataset and did not contain any complex parameters.Alkukuona raakaraudan primääririkinpoistossa. Tiivistelmä. Raakaraudan primääririkinpoistoprosessin tehokkuus SSAB Raahen terästehtaalla vaihtelee suuresti. Tämän oletetaan johtuvan osittain siitä, että myös primääririkinpoiston alkukuonan määrän ja koostumuksen vaihtelu tehtaalla on suurta. Tämän työn päätavoitteena oli tutkia alkukuonan määrää ja koostumusta, sekä tunnistaa alkukuonan vaikutus primääririkinpoistoprosessiin. Toinen tavoite oli etsiä vaihtoehtoisia alkukuonanmuokkaajia kirjallisuusselvityksen avulla nykyisin käytössä olevan soodan tilalle. Työn teoriaosassa on esitetty yleisimmät raakaraudan rikinpoistomenetelmät sekä kalkkipohjaisen reagenssi-injektion pääreaktiot ja -reaktiomekanismit. Raakaraudan rikinpoisto tapahtuu pääosin reagenssi-metalli-reaktiona, mutta tässä työssä tarkastelun pääpaino on metalli-kuona-reaktiossa. Lisäksi teoriaosaan on sisällytetty kirjallisuusselvitys vaihtoehtoisista alkukuonanmuokkaajista, joista potentiaalisimmilta vaikuttivat nefeliinisyeniitti sekä Na₂O-SiO₂-CaF₂-pohjaiset seokset. Alkukuonan koostumuksen ja määrän tutkimiseksi järjestettiin näytteenottokampanja, jonka aikana kerättiin näytteitä alkukuonasta primääririkinpoistolaitoksella. Lisäksi järjestettiin koejakso, jonka aikana kokeiltiin jatkuvavaluprosessin kuonan hyödyntämismahdollisuutta alkukuonan muokkauksessa, sekä standardisoitiin alkukuonan koostumusta kuonalisäyksellä. Ennen koejaksoa arvioitiin kuonalisäyksen vaikutuksia alkukuonan sulaosuuteen, dynaamiseen viskositeettiin ja kuonan rikkikapasiteettiin. Koejakson tuloksia käyttämällä selvitettiin alkukuonan määrää ja lähteitä taselaskennan keinoin. Lisäksi kuonakomponenttien vaikutusta primäärikinpoistoon tutkittiin hyödyntämällä lineaarista monimuuttujaregressiomallinnusta. Kuonakomponenttien vaikutusta rikinpoistotehokkuuteen ja raakaraudan loppurikkipitoisuuteen ei onnistuttu havaitsemaan muodostettujen mallien avulla. Jäähdytetyn alkukuonapalan rakennetta ja mineralogista koostumusta tutkittiin ja sen pääfaasi identifioitiin lasifaasiksi, jonka koostumus oli lähellä meliliittiä. Pääfaasista oli erkaantunut larniittia dendriitteinä ennen näytteen jähmettymistä, mistä voidaan päätellä, että kuona oli näytteenottohetkellä sulaa. Tämä puolestaan viittaa siihen, että tämänhetkinen alkukuonanmuokkaaja oli toiminut tarkoituksessaan hyvin. Työssä havaittiin, että lämpötila sekä kuonan CaO- ja Na₂O-pitoisuudet kasvattavat rikin jakaantumiskerrointa ja kuonan rikkikapasiteettia, mangaanin kuonassa pienentäessä niitä. Alkukuonan keskimääräisen massan arvioksi koejaksolla saatiin 480,6 kg. Noin puolet alkukuonan massasta arvioitiin olevan peräisin senkasta irronneesta skollasta, masuunikuonan osuuden ollessa arvioiden mukaan noin neljäsosa. Tehtyjen havaintojen perusteella alkukuona oli sulaa koejakson aikana. Kuonien rikkikapasiteetit laskettiin ja niitä verrattiin Youngin ym. (1992) esittämän mallin ennusteisiin. Mallin suorituskyky havaittiin olevan heikohko tällä aineistolla, jonka vuoksi rikkikapasiteetin ennustamiseen muodostettiin regressiomallinnusta käyttäen uusi malli. Malli suoriutui kohtuullisen hyvin tämän työn aineistolla eikä sisältänyt vaikeakäyttöisiä muuttujia

Autonomous weapon systems and meaningful human control

Abstract. Autonomous weapon systems are an emerging technology that affects the lives of soldiers and civilians who operate or live in conflict zones. The ethical and humanitarian problem caused by the advent of artificial intelligence -based weapon systems capable of independently making decisions about target selection and engagement has led to substantial academic debate, with critics calling for a total ban on such weapons based on the grounds that their use will invariably lead to negative humanitarian consequences, while others have suggested that autonomous systems may, in some situations, be able to behave in a more humane fashion on the battlefield than human soldiers. This thesis analysed the current state of research on the topic of autonomous weapon systems through a literature review. The concepts of autonomous weapon system and meaningful human control were defined and explained. Arguments about the humanitarian consequences of developing these weapon systems, both positive and negative, were critically examined. A special focus was placed on examining the proposed methods and principles for designing autonomous weapon systems in a way that mitigates their potential negative humanitarian effects. The results of the literature review indicated that the concept of meaningful human control is the most prominent and promising principle to guide the design and development of autonomous weapon systems that adhere to the international humanitarian law. Value sensitive design was found to be a potential methodology for injecting human values into the design process of autonomous weapon systems

Towards Solving QCD in Light-Cone Quantization -- On the Spectrum of the Transverse Zero Modes for SU(2)

The formalism for a non-abelian pure gauge theory in (2+1) dimensions has recently been derived within Discretized Light-Cone Quantization, restricting to the lowest {\it transverse} momentum gluons. It is argued why this model can be a paradigm for full QCD. The physical vacuum becomes non-trivial even in light-cone quantization. The approach is brought here to tractable form by suppressing by hand both the dynamical gauge and the constraint zero mode, and by performing a Tamm-Dancoff type Fock-space truncation. Within that model the Hamiltonian is diagonalized numerically, yielding mass spectra and wavefunctions of the glue-ball states. We find that only color singlets have a stable and discrete bound state spectrum. The connection with confinement is discussed. The structure function of the gluons has a shape like $[{x(1-x)}] ^{1\over 3}$. The existence of the continuum limit is verified by deriving a coupled set of integral equations.Comment: 1 Latex file & 9 Postscript files; tarred, compressed and uuencode

Universal description of S-wave meson spectra in a renormalized light-cone QCD-inspired model

A light-cone QCD-inspired model, with the mass squared operator consisting of a harmonic oscillator potential as confinement and a Dirac-delta interaction, is used to study the S-wave meson spectra. The two parameters of the harmonic potential and quark masses are fixed by masses of rho(770), rho(1450), J/psi, psi(2S), K*(892) and B*. We apply a renormalization method to define the model, in which the pseudo-scalar ground state mass fixes the renormalized strength of the Dirac-delta interaction. The model presents an universal and satisfactory description of both singlet and triplet states of S-wave mesons and the corresponding radial excitations.Comment: RevTeX, 17 pages, 7 eps figures, to be published in Phys. Rev.

Description of nuclear octupole and quadrupole deformation close to the axial symmetry: Octupole vibrations in the X(5) nuclei 150Nd and 152Sm

The model, introduced in a previous paper, for the description of the octupole and quadrupole degrees of freedom in conditions close to the axial symmetry, is used to describe the negative-parity band based on the first octupole vibrational state in nuclei close to the critical point of the U(5) to SU(3) phase transition. The situation of 150Nd and 152Sm is discussed in detail. The positive parity levels of these nuclei, and also the in-band E2 transitions, are reasonably accounted for by the X(5) model. With simple assumptions on the nature of the octupole vibrations, it is possible to describe, with comparable accuracy, also the negative parity sector, without changing the description of the positive-parity part.Comment: 8 pages, 5 figure

Ex vivo analysis of local orientation of collagen fiber bundles in 3D in posterior horn human meniscus using micro-computed tomography

Abstract. Objective: Knee osteoarthritis (OA) is an increasingly relevant joint disease affecting mostly aged population in developed countries. However, there is currently no treatment for OA and increasing the knowledge of the disease with the help of micro-computed tomography (µCT) imaging could offer help in finding the solution. The objective of this thesis was to quantitatively analyze the microstructural organization of human posterior horn meniscus samples in 3D using hexamethyldisilazane (HMDS) based µCT imaging. In addition, this study aims to compare the local microstructural organization of meniscus between OA patients and healthy references. Method: We collected medial and lateral posterior horns of human menisci from 10 endstage medial compartment knee OA patients undergoing total knee replacement surgery and from 10 deceased donors without diagnosed knee OA to act as healthy reference. The posterior horns were dissected and fixed in formalin, dehydrated in ascending alcohol concentrations, treated with HMDS, and scanned with a desktop µCT. Furthermore, we performed local orientation analysis of collagenous microstructure in 3D to all samples, by calculating local structure tensors from greyscale gradients withing a selected integration window to determine the polar angle for each voxel. Moreover, distribution of angles and mean estimated average angles were statistically compared. Results: Collagen fiber bundles in HMDS-treated meniscal samples were depicted in 3D using µCT. In the quantitative local orientation analysis, medial OA had overall lowest orientation angles compared to all other groups: mean estimated differences versus medial OA were -24° [95%CI -31°, -18°] in medial donor, -25° [95%CI -34°, -15°] in lateral OA, and -25° [95%CI -35°, -16°] in lateral donor groups. Distribution and mean angles between lateral OA and lateral donor menisci were similar with a mean difference of 2°. Conclusions: In this study, we were able to quantitatively analyze collagen fiber bundles and their orientations in 3D in the posterior horn of human meniscus using HMDS-based µCT imaging. Furthermore, collagen disorganization increased in the medial OA meniscus, suggesting a relationship between collagenous microstructure disorganization and meniscus degradation.Ihmisen nivelkierukan takasarven kollageenisäiekimppujen kolmi-ulotteinen lokaaliorientaatioanalyysi mikrotietokonetomografian avulla. Tiivistelmä. Tarkoitus: Nivelrikko on yleinen sairaus vanhenevassa yhteiskunnassa, mutta sairauden monimuotoisuuden vuoksi sen hoitaminen on vaikeaa. Sairauden vahvempi ymmärtäminen voisi auttaa hoidon kehittämisessä sairautta vastaan. Tämän pro gradu -tutkielman tavoitteena oli analysoida kvantitatiivisesti ihmisen nivelkierukkanäytteiden mikrorakenteiden orientaatiota kolmiulotteisesti käyttäen heksametyylidisilatsaaniin (HMDS) perustuvaa näytteenkäsittelytekniikkaa mikrotietokonetomografiakuvantamisessa (µCT). Lisäksi tässä työssä verrataan kierukan lokaalimikrorakenneorganisaatiota nivelrikkoisten potilaiden ja terveiden verrokkien välillä. Menetelmä: Keräsimme mediaali- ja lateraalipuolen nivelkierukan takasarvet kymmeneltä nivelrikon loppuvaiheen potilaalta, joille tehtiin polven tekonivelleikkaus, ja 10 menehtyneeltä oikeuslääketieteen potilaalta, joilla ei ollut diagnosoitua polven nivelrikkoa. Nivelkierukoiden posterioriset sarvet leikattiin, käsiteltiin formaliinilla, kuivattiin nousevissa etanolipitoisuuksissa, käsiteltiin HMDS:llä ja kuvattiin µCT-laitteella. Lisäksi teimme näytteille kolmiulotteisen orientaatioanalyysin, jolla mitataan näytteiden kollageenisen mikrorakenteen orientaatiota. Analyysi laskee µCT-kuvien harmaasävygradienttien avulla jokaiselle vokselille paikallisen rakennetensorin, joiden purkamisesta saadaan laskettua vokselin anisotropian määrä ja sen pienimmän vektorin suunta. Pienin arvo ja sen suunta voidaan määrittää vokselin pääasialliseksi orientaatioksi. Kulmien jakautumista ja keskimääräisiä kulmia verrattiin tilastollisesti terveiden ja nivelrikkopotilaiden mediaali- ja lateraalipuolten välillä. Tulokset: Nivelkierukan kollageenikimput kuvattiin kolmiulotteisesti µCT:llä käyttäen HMDS-käsiteltyjä nivelkierukkanäytteitä. Kvantitatiivisessa orientaatioanalyysissä todettiin mediaalipuolen nivelrikkoisilla nivelkierukoilla yleisesti enemmän disorganisaatiota kaikkiin muihin ryhmiin verrattuna: mediaalipuolen nivelrikkoryhmässä orientaatioiden ero verrattuna mediaaliverrokkiryhmään oli -24° [95%CI -31°, -18°], -25° [95%CI -34°, -15°] verrattuna lateraalipuolen nivelrikkoryhmään ja -25° [95%CI -35°, -16°] verrattuna lateraalipuolen luovuttajaryhmän välillä. Lisäksi lateraalipuolen luovuttaja- ja lateraalipuolen nivelrikkoryhmän välillä kulmien jakauma ja keskiarvo olivat samanlaiset keskimäärisen eron ollessa 2°. Johtopäätökset: Tässä tutkimuksessa onnistuimme kuvaamaan ihmisen nivelkierukan kollageenikimput sekä kvantitatiivisesti analysoimaan niiden kolmiulotteista orientaatiota käyttäen HMDS-pohjaista µCT-kuvantamista. Lisäksi kollageenin disorganisaatio oli suurin mediaalipuolen nivelrikkoisessa nivelkierukassa, mikä viittaa kollageenisen mikrorakenteen disorganisaatioon ja nivelkierukan degeneraation väliseen vahvaan suhteeseen

Strong Orientation Effects in Ionization of H2+_2^+ by Short, Intense, High-Frequency Light Sources

We present three dimensional time-dependent calculations of ionization of arbitrarily spatially oriented H$_2^+$ by attosecond, intense, high-frequency laser fields. The ionization probability shows a strong dependence on both the internuclear distance and the relative orientation between the laser field and the internuclear axis.Comment: 4 pages, 4 figure