Optimierung des Beschleunigerbetriebs für Experimente zur Hadronen- und Detektorphysik an der Elektronen-Stretcher-Anlage ELSA

An der Elektronen-Stretcher-Anlage ELSA des Physikalischen Instituts der Universität Bonn werden an den beiden Experimentierplätzen Crystal Barrel/TAPS und BGO-OD Experimente zur Untersuchung der inneren Struktur von Nukleonen durchgeführt. Das Areal wurde in den vergangenen Jahren durch einen weiteren Messplatz für Detektortests ergänzt, an dem die Möglichkeit besteht, mit einem primären Elektronenstrahl die Funktionalität und Leistungsfähigkeit neuartiger Detektoren zu evaluieren. Die Erfordernisse der Hadronenphysikexperimente an die Qualität und Intensität des Elektronenstrahls sind in den vergangenen Jahren stetig gestiegen. Auch durch den neuen Messplatz und die damit verbundenen neuen Betriebsmodi des Beschleunigers wurden Anforderungen gestellt, die eine grundlegende Weiterentwicklung der Anlage erforderten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher die Beschleunigeranlage hinsichtlich des geplanten Experimentierbetriebs der nächsten Jahre optimiert. Dazu wurde das Kontrollsystem des Beschleunigers weiterentwickelt und für den Betrieb auf einem modernen und leistungsfähigeren Computersystem angepasst. Sowohl die Stabilität als auch die Leistungsfähigkeit des Systems konnten erheblich verbessert werden. Es wurde eine neue Datenbank zur Langzeitarchivierung von allen Mess- und Steuerwerten in das Kontrollsystem integriert sowie eine grafische Benutzeroberfläche dafür entwickelt. Das alte Timing-System der Beschleunigeranlage wurde durch ein, im Rahmen dieser Arbeit konzipiertes, entwickeltes und in Betrieb genommenes System ersetzt. Das neue System basiert auf einem FPGA und ist mit der zentralen Hochfrequenzanlage synchronisiert. Dadurch ist es möglich, Einzel-Bunche zwischen den Beschleunigerstufen zu transferieren und im Speicherring zu akkumulieren. Ebendieses Akkumulationssystem findet auch im regulären Beschleunigerbetrieb zur Erzeugung einer homogenen Füllstruktur im Speicherring durch mehrfache und zeitversetzte Injektionen aus den Vorbeschleunigern Verwendung. Durch das neue Timing-System wurde der starre Zyklus des Nachbeschleunigungsmodus durch einen dynamischen, stets an die aktuellen Begebenheiten angepassten, ersetzt. Damit wird sowohl eine gleichbleibende Intensität des gespeicherten Elektronenstrahls als auch eine Vergrößerung der effektiven Messzeit der Experimente erreicht. Für die Haupt- und Korrektormagnete im Speicherring wurde eine neue Ansteuerelektronik entwickelt, die die dynamische Zyklusdauer unterstützt. Gleichzeitig konnte so die Auflösung der Energie- und Arbeitspunkteinstellung um den Faktor vier erhöht werden. Im Speicherring treten optische Resonanzen auf, die durch nicht-lineare Magnetfeldkomponenten verursacht werden und zu einer Reduzierung der Strahlqualität oder zum Strahlverlust führen können. Die Resonanzen treten bei bestimmten, theoretisch berechenbaren, Einstellungen der Magnetoptik auf. Ihre Stärke und damit der Einfluss auf den Elektronenstrahl lässt sich aber ohne detaillierte Kenntnis der Magnetfeldverteilung nicht vorhersagen. In dieser Arbeit wird ein Messverfahren vorgestellt, mit dem optische Resonanzen, in der Umgebung der üblicherweise an ELSA verwendeten Arbeitspunkte, identifiziert und charakterisiert werden können. Durch Messungen bei unterschiedlichen Parametern der Resonanzextraktion konnte ebenfalls die Auswirkung der zusätzlichen Anregung durch Sextupolfelder untersucht werden. Es wurde ein Arbeitspunktdiagramm erstellt, das alle identifizierten Resonanzen beinhaltet, und in der Zukunft bei der Wahl der Extraktionsparameter genutzt werden kann, um Strahlverlust während des regulären Beschleunigerbetriebs zu vermeiden

DFT exchange: sharing perspectives on the workhorse of quantum chemistry and materials science

In this paper, the history, present status, and future of density-functional theory (DFT) is informally reviewed and discussed by 70 workers in the field, including molecular scientists, materials scientists, method developers and practitioners. The format of the paper is that of a roundtable discussion, in which the participants express and exchange views on DFT in the form of 302 individual contributions, formulated as responses to a preset list of 26 questions. Supported by a bibliography of 777 entries, the paper represents a broad snapshot of DFT, anno 2022

Beam and spin dynamics in the fast ramping storage ring ELSA: Concepts and measures to increase beam energy, current and polarization

The electron accelerator facility ELSA has been operated for almost 30 years serving nuclear physics experiments investigating the sub-nuclear structure of matter. Within the 12 years funding period of the collaborative research center SFB/TR 16, linearly and circularly polarized photon beams with energies up to more than 3 GeV were successfully delivered to photoproduction experiments. In order to fulfill the increasing demands on beam polarization and intensity, a comprehensive research and upgrade program has been carried out. Beam and spin dynamics have been studied theoretically and experimentally, and sophisticated new devices have been developed and installed. The improvements led to a significant increase of the available beam polarization and intensity. A further increase of beam energy seems feasible with the implementation of superconducting cavities

Beam and spin dynamics in the fast ramping storage ring ELSA: Concepts and measures to increase beam energy, current and polarization

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Phosphorylation of the Conserved Transcription Factor ATF-7 by PMK-1 p38 MAPK Regulates Innate Immunity in Caenorhabditis elegans

Innate immunity in Caenorhabditis elegans requires a conserved PMK-1 p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathway that regulates the basal and pathogen-induced expression of immune effectors. The mechanisms by which PMK-1 p38 MAPK regulates the transcriptional activation of the C. elegans immune response have not been identified. Furthermore, in mammalian systems the genetic analysis of physiological targets of p38 MAPK in immunity has been limited. Here, we show that C. elegans ATF-7, a member of the conserved cyclic AMP–responsive element binding (CREB)/activating transcription factor (ATF) family of basic-region leucine zipper (bZIP) transcription factors and an ortholog of mammalian ATF2/ATF7, has a pivotal role in the regulation of PMK-1–mediated innate immunity. Genetic analysis of loss-of-function alleles and a gain-of-function allele of atf-7, combined with expression analysis of PMK-1–regulated genes and biochemical characterization of the interaction between ATF-7 and PMK-1, suggest that ATF-7 functions as a repressor of PMK-1–regulated genes that undergoes a switch to an activator upon phosphorylation by PMK-1. Whereas loss-of-function mutations in atf-7 can restore basal expression of PMK-1–regulated genes observed in the pmk-1 null mutant, the induction of PMK-1–regulated genes by pathogenic Pseudomonas aeruginosa PA14 is abrogated. The switching modes of ATF-7 activity, from repressor to activator in response to activated PMK-1 p38 MAPK, are reminiscent of the mechanism of regulation mediated by the corresponding ancestral Sko1p and Hog1p proteins in the yeast response to osmotic stress. Our data point to the regulation of the ATF2/ATF7/CREB5 family of transcriptional regulators by p38 MAPK as an ancient conserved mechanism for the control of innate immunity in metazoans, and suggest that ATF2/ATF7 may function in a similar manner in the regulation of mammalian innate immunity.National Institutes of Health (U.S.) (Grant GM084477)Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology of Japa

DFT Exchange: Sharing Perspectives on the Workhorse of Quantum Chemistry and Materials Science

In this paper, the history, present status, and future of density-functional theory (DFT) is informally reviewed and discussed by 70 workers in the field, including molecular scientists, materials scientists, method developers and practitioners. The format of the paper is that of a roundtable discussion, in which the participants express and exchange views on DFT in the form of 300 individual contributions, formulated as responses to a preset list of 26 questions. Supported by a bibliography of 776 entries, the paper represents a broad snapshot of DFT, anno 2022

DFT Exchange: Sharing Perspectives on the Workhorse of Quantum Chemistry and Materials Science

In this paper, the history, present status, and future of density-functional theory (DFT) is informally reviewed and discussed by 70 workers in the field, including molecular scientists, materials scientists, method developers and practitioners. The format of the paper is that of a roundtable discussion, in which the participants express and exchange views on DFT in the form of 300 individual contributions, formulated as responses to a preset list of 26 questions. Supported by a bibliography of 776 entries, the paper represents a broad snapshot of DFT, anno 2022