Quantum Dissipative Dynamics and Decoherence of Dimers on Helium Droplets

In this thesis, quantum dynamical simulations are performed in order to describe the vibrational motion of diatomic molecules in a highly quantum environment, so-called helium droplets. We aim to reproduce and explain experimental findings which were obtained from dimers on helium droplets. Nanometer-sized helium droplets contain several thousands of 4-He atoms. They serve as a host for embedded atoms or molecules and provide an ultracold “refrigerator” for them. Spectroscopy of molecules in or on these droplets reveals information on both the molecule and the helium environment. The droplets are known to be in the superfluid He II phase. Superfluidity in nanoscale systems is a steadily growing field of research. Spectra obtained from full quantum simulations for the unperturbed dimer show deviations from measurements with dimers on helium droplets. These deviations result from the influence of the helium environment on the dimer dynamics. In this work, a well-established quantum optical master equation is used in order to describe the dimer dynamics effectively. The master equation allows to describe damping fully quantum mechanically. By employing that equation in the quantum dynamical simulation, one can study the role of dissipation and decoherence in dimers on helium droplets. The effective description allows to explain experiments with Rb-2 dimers on helium droplets. Here, we identify vibrational damping and associated decoherence as the main explanation for the experimental results. The relation between decoherence and dissipation in Morse-like systems at zero temperature is studied in more detail. The dissipative model is also used to investigate experiments with K-2 dimers on helium droplets. However, by comparing numerical simulations with experimental data, one finds that further mechanisms are active. Here, a good agreement is obtained through accounting for rapid desorption of dimers. We find that decoherence occurs in the electronic manifold of the molecule. Finally, we are able to examine whether superfluidity of the host does play a role in these experiments.In dieser Dissertation werden quantendynamische Simulationen durchgeführt, um die Schwingungsbewegung zweiatomiger Moleküle in einer hochgradig quantenmechanischen Umgebung, sogenannten Heliumtröpfchen, zu beschreiben. Unser Ziel ist es, experimentelle Befunde zu reproduzieren und zu erklären, die von Dimeren auf Heliumtröpfchen erhalten wurden. Nanometergroße Heliumtröpfchen enthalten einige tausend 4-He Atome. Sie dienen als Wirt für eingebettete Atome oder Moleküle und stellen für dieseeinen ultrakalten „Kühlschrank“ bereit. Durch Spektroskopie mit Molekülen in oder auf diesen Tröpfchen erhält man Informationen sowohl über das Molekül selbst als auch über die Heliumumgebung. Man weiß, dass sich die Tröpfchen in der suprafluiden He II Phase befinden. Suprafluidität in Nanosystemen ist ein stetig wachsendes Forschungsgebiet. Spektren, die für das ungestörte Dimer durch voll quantenmechanische Simulationen erhalten werden, weichen von Messungen mit Dimeren auf Heliumtröpfchen ab. Diese Abweichungen lassen sich auf den Einfluss der Heliumumgebung auf die Dynamik des Dimers zurückführen. In dieser Arbeit wird eine etablierte quantenoptische Mastergleichung verwendet, um die Dynamik des Dimers effektiv zu beschreiben. Die Mastergleichung erlaubt es, Dämpfung voll quantenmechanisch zu beschreiben. Durch Verwendung dieser Gleichung in der Quantendynamik-Simulation lässt sich die Rolle von Dissipation und Dekohärenz in Dimeren auf Heliumtröpfchen untersuchen. Die effektive Beschreibung erlaubt es, Experimente mit Rb-2 Dimeren zu erklären. In diesen Untersuchungen wird Dissipation und die damit verbundene Dekohärenz im Schwingungsfreiheitsgrad als maßgebliche Erklärung für die experimentellen Resultate identifiziert. Die Beziehung zwischen Dekohärenz und Dissipation in Morse-artigen Systemen bei Temperatur Null wird genauer untersucht. Das Dissipationsmodell wird auch verwendet, um Experimente mit K-2 Dimeren auf Heliumtröpfchen zu untersuchen. Wie sich beim Vergleich von numerischen Simulationen mit experimentellen Daten allerdings herausstellt, treten weitere Mechanismen auf. Eine gute Übereinstimmung wird erzielt, wenn man eine schnelle Desorption der Dimere berücksichtigt. Wir stellen fest, dass ein Dekohärenzprozess im elektronischen Freiheitsgrad des Moleküls auftritt. Schlussendlich sind wir in der Lage herauszufinden, ob Suprafluidität des Wirts in diesen Experimenten eine Rolle spielt

Vorstellung neuartiger therapeutischer Strategien zur Hemmung des metastasierungsrelevanten Integrins VLA-4 an Melanomzellen

Die meisten an Krebs erkrankten Patienten versterben nicht durch den Primärtumor, sondern aufgrund des Auftretens von Metastasen, die vom Primärtumor entfernte Organe infiltrieren und zerstören. Zellulären Adhäsionsrezeptoren wird im Prozess der hämatogenen Metastasierung eine entscheidende Rolle zuteil. So besteht, vermittelt durch P-Selektin, die Möglichkeit einer Ummantelung der Tumorzellen mit Thrombozyten, die neben einem Schutz vor Zellen des Immunsystems eine Voraussetzung für eine größenabhängige Restriktion der entstandenen Mikrothromben in den Kapillaren des Blutgefäßsystems darstellt. Auch bietet die Interaktion des Integrins VLA-4 auf Tumorzellen mit endothelialem VCAM-1 eine Möglichkeit zur Adhäsion von Tumorzellen an das Gefäßendothel mit anschließender Extravasation. Adhäsionsrezeptoren erweisen sich somit als aussichtsreiche Targets für eine therapeutische Intervention des Metastasierungsprozesses. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der VLA-4/VCAM-1-Wechselwirkung, die exemplarisch an verschiedenen Melanomzellen untersucht wurde und den Möglichkeiten zu deren Inhibition. Durch in vivo Studien zur experimentellen Metastasierung konnte die pathophysiologisch bedeutende Rolle dieser Interaktion für den Metastasierungsprozess von Melanomzellen verdeutlicht werden. In dieser Arbeit wurden verschiedene Ansätze zur Inhibition verfolgt. So wurde zunächst eine Blockade mit strukturell modifizierten, nicht antikoagulativ wirkenden Heparinderivaten untersucht. Dabei konnten klare Struktur-Wirkungs-Beziehungen ermittelt werden. Neben der Molekülgröße spielt auch der Sulfatierungsgrad eine entscheidende Rolle zur optimalen Inhibition. Damit sind nicht nur völlig neuartige Erkenntnisse zur Heparinwirkung entstanden, sondern zukünftig ist bei Kenntnis der Adhäsionsrezeptorausstattung der Tumorzellen eine längerfristige Applikation mit einem selektiv Adhäsionsrezeptor-blockierenden, nicht antikoagulativ wirkendem Heparin als therapeutische Option besser kalkulierbar. Aufbauend auf ersten Erkenntnissen von antimetastatischen Wirkungen gesättigter Phospholipide wurde eine Inhibition des VLA-4/VCAM-1-Bindungsweges auf membranärer Ebene durch Applikation von Lysophosphatidylcholin erreicht. Dabei kamen sowohl der LPC Inkubationsdauer als auch der Konzentration eine entscheidende Bedeutung zu. Einhergehend mit Veränderungen der Membrankomposition kam es zu einer starken morphologischen Verwandlung der Zellen mit Formation zahlreicher Filopodien, bedingt durch Reorganisationen des Zytoskeletts. Die festgestellte, deutliche Reduktion der Zelladhäsion über VLA-4 konnte durch in vivo Versuche mit Nachweis einer signifikanten Abnahme der Metastasierungsfähigkeit der verwendeten Melanomzellen nach LPC Behandlung eindrucksvoll bestätigt werden. Erste Einblicke in die molekularen Mechanismen durch „Gene Array“ Analysen ergaben Hinweise auf die Involvierung von GTPasen, die sowohl für die Veränderung der Integrinfunktionalität als auch für die beobachteten Membraneffekte verantwortlich gemacht werden könnten. Damit wird erstmalig ein Erklärungsansatz geliefert, der noch weitreichende Möglichkeiten für eine pharmakologische Intervention liefert. Auch mithilfe weiterer, molekularbiologischer Techniken soll das therapeutische Potential des LPC Einsatzes weiter beleuchtet werden. Auf intrazellulärer Ebene konnte der VLA-4/VCAM-1-Bindungsweg durch die Anwendung von Inhibitoren der Histon-Deacetylase effektiv gehemmt werden. Diese neue Wirkstoffklasse scheint nicht nur einen zytostatischen Effekt auf Tumore auszuüben, sondern auch den Prozess der Metastasierung zu beeinflussen. So wurden im Rahmen dieser Arbeit verschiedene neuartige Ansatzpunkte zur Prävention einer Adhäsionsrezeptor-vermittelten Metastasierung aufgezeigt, in ihren Mechanismen verfolgt und somit für potentielle therapeutische Ansatzpunkte offengelegt

The birth of platform neo-regulation in the UK

Brexit – the UK’s withdrawal from the European Union– has been a spur to new regulatory developments. In recent months, the British approach to dealing with big tech has become increasingly clear and the country is entering a neo-regulatory phase. This is strongly focused on regulating “online harms” and developing a pro-competition approach that engenders innovation. An Online Safety Bill is due to be imminently tabled in Parliament, following recent scrutiny of a Draft Bill by a Joint Committee of the House of Commons and the House of Lords. On the regulatory front, the need to address the wide-ranging challenges of digital dominance has provoked the creation of the Digital Regulators Cooperation Forum – a novel coalition of regulators that aims to share know-how across diverse fields as it grapples with platform regulation

Policy Brief: The birth of neo-regulation. Where next for the UK’s approach to platform regulation?

No abstract available

Detailed study of dissipative quantum dynamics of K-2 attached to helium nanodroplets

We thoroughly investigate vibrational quantum dynamics of dimers attached to He droplets motivated by recent measurements with K-2 [1]. For those femtosecond pump-probe experiments, crucial observed features are not reproduced by gas phase calculations but agreement is found using a description based on dissipative quantum dynamics, as briefly shown in [2]. Here we present a detailed study of the influence of possible effects induced by the droplet. The helium droplet causes electronic decoherence, shifts of potential surfaces, and relaxation of wave packets in attached dimers. Moreover, a realistic description of (stochastic) desorption of dimers off the droplet needs to be taken into account. Step by step we include and study the importance of these effects in our full quantum calculation. This allows us to reproduce and explain all major experimental findings. We find that desorption is fast and occurs already within 2-10 ps after electronic excitation. A further finding is that slow vibrational motion in the ground state can be considered frictionless.Comment: 17 pages, 5 figure

The b alleles of U. maydis, whose combinations program pathogenic development, code for polypeptides containing a homeodomain-related motif

AbstractU. maydis is a fungal pathogen of corn with two forms: one is yeast-like and nonpathogenic; the other is filamentous and pathogenic. The b locus, with 25 different alleles, regulates this dimorphism: any combination of two different alleles triggers pathogenic development, whereas the presence of identical alleles results in the yeast-like form. We have cloned four b alleles (b1, b2, b3, and b4) and show that the b locus contains a single open reading frame (ORF) of 410 amino acids with a variable N-terminal region and a highly conserved C-terminal region (60% and 93% identity, respectively). Mutational analysis confirms that this ORF is responsible for b activity. The b polypeptides appear to be DNA binding proteins because they contain a motif related to the homeodomain in their constant region. We propose that combinatorial interactions between b polypeptides generate regulatory proteins that determine the developmental program of the fungus