Einfluss von Bodentiefe und mineralischen Eigenschaften auf die Menge und Zusammensetzung der organischen Bodensubstanz in Aggregat- und Dichtefraktionen abgetrennt aus Waldober- und unterböden unterschiedlicher Genese

Bodeneigenschaften haben einen Einfluss auf die Speicherung und Stabilisierung von organischem Kohlenstoff, bodentypspezifische Unterschiede sind aber weitgehend unbekannt. Ziel der Arbeit war, den tiefenspezifischen Einfluss von Bodeneigenschaften auf Menge und Zusammensetzung von organischem Material unterschiedlicher Stabilität zu klären. Dazu wurden fünf pedogenetisch unterschiedliche Böden (Braunerden entwickelt auf Muschelkalk, Basalt, Buntsandstein, Tertiärem Sand und Löss) unter Buche horizontweise beprobt und die Proben in vier Aggregat- und drei Dichtefraktionen aufgetrennt. Die enthaltene organische Substanz wurde quantifiziert und mittels FTIR charakterisiert. Im Oberboden sind 81-94% des Kohlenstoffs in Makroaggregaten (>250 µm) gespeichert. Ein positiver Einfluss von Eisen- und Aluminiumoxiden auf die Kohlenstoffstabilisierung wurde für die <53 µm µm (Feox/Fedith: rSpearman = 0,67/0,63; Alox/Aldith: rSpearman = 0,63/0,64) und die schwere Fraktion (Feox/Fedith: rSpearman = 0,84/0,87; Alox/Aldith: rSpearman = 0,70/0,71) gefunden. Zudem deutet ein positiver Einfluss des Gehaltes an Ton und Calcium-Ionen auf die Kohlenstoffgehalte der schweren Fraktion (Ton: rSpearman = 0,70; Ca: rSpearman = 0,56) auf einen weiteren durch Kationen gesteuerten Stabilisierungsmechanismus hin. Im Unterboden tragen Makro- und Mikroaggregate (>53 µm), die okkludierte leichte sowie die schwere Fraktion maßgeblich zur Kohlenstoffspeicherung bei. Der relative Anteil am Bodenkohlenstoff in Mikroaggregaten (13-61%), in der <53 µm (1-29%) sowie der schweren Fraktion (52-99%) nimmt mit zunehmender Bodentiefe zu, wobei die Unterschiede abhängig vom Bodentyp sind. Der Kohlenstoffgehalt fast aller Fraktionen im Unterboden wird positiv von Eisen- und Aluminiumoxiden beeinflusst. Zusätzlich steigt der Kohlenstoffgehalt der Fraktion <53 µm mit dem Gehalt an Ton und Calcium-Ionen. Korrelationsanalysen lassen vermuten, dass die Bodenmineralphase im Unterboden einen stärkeren Einfluss auf die Kohlenstoffspeicherung hat als im Oberboden. In der schweren Fraktion wurde unabhängig von der Bodentiefe der höchste Gehalt an C=O Gruppen festgestellt, was ein erhöhtes Potential zur Bildung von organo-mineralischen Komplexen und Aggregaten darstellt

Einsatz der Nahinfrarotspektroskopie zur Abschätzung von allgemeinen und biologischen Bodeneigenschaften

Infrarotspektroskopie im sichtbaren und nahen Infrarotbereich (vis-NIRS) ist eine etablierte Methode zur Abschätzung der Gehalte an organischem Kohlenstoff (SOC) und Stickstoff (N) in Böden. Weniger Information ist hinsichtlich einer Eignung für bodenbiologische Eigenschaften vorhanden. Ziele waren die Untersuchung der Eignung der vis-NIRS zur Abschätzung von allgemeinen Bodeneigenschaften (SOC, N, pH, Textur) und Enzymaktivitäten für unterschiedliche Standorte. Chemometrische Auswertungen wurden mit der PLS (partial least squares)-Regression durchgeführt. Unabhängige Validierungen zeigten, dass vis-NIRS erwartungsgemäß gut geeignet zur Abschätzung von SOC- und N-Gehalten war, während die Abschätzungen von pH und Texturklassen variabel waren. Die Abschätzungen von Enzymaktivitäten konnten mittels Regressionen aus den allgemeinen Bodeneigenschaften mit ähnlicher Genauigkeit abgeschätzt werden wie aus den Infrarotdaten, so dass wir keinen Nutzen der vis-NIRS zur direkten Abschätzung von Enzymaktivitäten sehen

Prospects for K+→π+ννˉK^+ \to \pi^+ \nu \bar{ \nu } at CERN in NA62

The NA62 experiment will begin taking data in 2015. Its primary purpose is a 10% measurement of the branching ratio of the ultrarare kaon decay $K^+ \to \pi^+ \nu \bar{ \nu }$, using the decay in flight of kaons in an unseparated beam with momentum 75 GeV/c.The detector and analysis technique are described here.Comment: 8 pages for proceedings of 50 Years of CP

Search for K+ decays into the π+e+e−e+e− final state

The first search for ultra-rare K+decays into the π+e+e−e+e−final state is reported, using a dataset collected by the NA62 experiment at CERN in 2017–2018. An upper limit of 1.4×10−8at 90% CL is obtained for the branching ratio of the K+→π+e+e−e+e−decay, predicted in the Standard Model to be (7.2 ±0.7) ×10−11. Upper limits at 90% CL are obtained at the level of 10−9for the branching ratios of two prompt decay chains involving pair-production of hidden-sector mediators: K+→π+aa, a →e+e−and K+→π+S, S→A A , A →e+e

Improved calorimetric particle identification in NA62 using machine learning techniques

Measurement of the ultra-rare K+ ! + ̄ decay at the NA62 experiment at CERN requires high-performance particle identification to distinguish muons from pions. Calorimetric identification currently in use, based on a boosted decision tree algorithm, achieves a muon misidentification probability of 1.2×10−5 for a pion identification efficiency of 75% in the momentum range of 15–40 GeV/c. In this work, calorimetric identification performance is improved by developing an algorithm based on a convolutional neural network classifier augmented by a filter. Muon misidentification probability is reduced by a factor of six with respect to the current value for a fixed pion-identification efficiency of 75%. Alternatively, pion identification efficiency is improved from 72% to 91% for a fixed muon misidentification probability of 10−5

Performance of the NA62 trigger system

The NA62 experiment at CERN targets the measurement of the ultra-rare K+ ->pi+ nu nu decay, and carries out a broad physics programme that includes probes for symmetry violations and searches for exotic particles. Data were collected in 2016–2018 using a multi-level trigger system, which is described highlighting performance studies based on 2018 data

Physics beyond the standard model with kaons at NA62

The NA62 experiment at CERN Super Proton Synchrotron was designed to measure BR(K+ \u2192 \u3c0+\u3bdv\u304) with an in-fight technique, never used before for this measurement. This decay is characterised by a very precise prediction in the Standard Model. Its branching ratio, which is expected to be less than 10-10, is one of the best candidates to indicate indirect effects of new physics beyond SM at the highest mass scales. NA62 result on K+ \u2192 \u3c0+\u3bdv\u304 from the full 2016 data set is described. Also a search for an invisible dark photon A\u2032 has been performed, exploiting the efficient photon-veto capability and high resolution tracking of the NA62. The signal stems from the chain K+ \u2192 \u3c0+\u3c00 followed by \u3c00 \u2192 A\u2032\u3b3. No significant statistical excess has been identified. Upper limits on the dark photon coupling to the ordinary photon as a function of the dark photon mass have been set, improving on the previous limits over the mass range 60 - 110 MeV/c2

Search for π⁰ decays to invisible particles

The NA62 experiment at the CERN SPS reports a study of a sample of 4 × 109 tagged π0 mesons from K+ → π+π0(γ), searching for the decay of the π0 to invisible particles. No signal is observed in excess of the expected background fluctuations. An upper limit of 4.4 × 10−9 is set on the branching ratio at 90% confidence level, improving on previous results by a factor of 60. This result can also be interpreted as a model- independent upper limit on the branching ratio for the decay K+ → π+X, where X is a particle escaping detection with mass in the range 0.110–0.155 GeV/c2 and rest lifetime greater than 100 ps. Model-dependent upper limits are obtained assuming X to be an axion-like particle with dominant fermion couplings or a dark scalar mixing with the Standard Model Higgs boson

Recent results in kaon physics

A review of the present experimental status of the K → πνν (Kπνν) and other kaon decay analyses at experiments NA62 (CERN) and KOTO (J-PARC) is given. The Kπνν decay is one of the best candidates among the rare meson decays for indirect searches for new physics in the mass ranges complementary to those accessible by current accelerators. The Standard Model (SM) prediction of the branching fraction (B) of the Kπνν decay is lower than 10−10 in both neutral and charged modes. The NA62 experiment aims to measure the B of the charged mode with better than 10% precision. Three candidate events, compatible with the SM prediction, have been observed from a sample of 2.12×1012 K+ decays collected in 2016 and 2017 by NA62. More than twice the statistics is available in the 2018 dataset currently being analysed. The KOTO experiment in Japan aims to measure B(KL → π0νν) using a technique similar to NA62, but with much lower momentum. In the first dataset taken in 2015 zero signal candidate events were observed. The current status of the analysis of the 2016-2018 dataset with 1.4 times more data is presented. Finally, the most recent results of other physics analyses at the NA62 experiment are summarised

Measurement of the very rare K + → π+νν¯ decay

The NA62 experiment reports the branching ratio measurement BR(K+→π+νν¯)=(10.6−3.4+4.0|stat±0.9syst)×10−11 at 68% CL, based on the observation of 20 signal candidates with an expected background of 7.0 events from the total data sample collected at the CERN SPS during 2016–2018. This provides evidence for the very rare K+→π+νν¯ decay, observed with a significance of 3.4σ. The experiment achieves a single event sensitivity of (0.839 ± 0.054) × 10−11, corresponding to 10.0 events assuming the Standard Model branching ratio of (8.4 ± 1.0) × 10−11. This measurement is also used to set limits on BR(K+→ π+X), where X is a scalar or pseudo-scalar particle. Details are given of the analysis of the 2018 data sample, which corresponds to about 80% of the total data sample