The Cosmic Radio Dipole: Estimators and Frequency Dependence

The Cosmic Radio Dipole is of fundamental interest to cosmology. Recent studies revealed open questions about the nature of the observed Cosmic Radio Dipole. We use simulated source count maps to test a linear and a quadratic estimator for its possible biases in the estimated dipole amplitude with respect to the masking procedure. We find a superiority of the quadratic estimator, which is then used to analyse the TGSS-ADR1, WENSS, SUMSS, and NVSS radio source catalogues, spreading over a decade of frequencies. The same masking strategy is applied to all four surveys to produce comparable results. In order to address the differences in the observed dipole amplitudes, we cross-match the two surveys located at both ends of the analysed frequency range. For the linear estimator, we identify a general bias in the estimated dipole directions. The positional offsets of the quadratic estimator to the CMB dipole for skies with $10^7$ simulated sources is found to be below one degree and the absolute accuracy of the estimated dipole amplitudes is better than $10^{-3}$. For the four radio source catalogues, we find an increasing dipole amplitude with decreasing frequency, which is consistent with results from the literature and results of the cross-matched catalogue. We conclude that for all analysed surveys, the observed Cosmic Radio Dipole amplitudes exceed the expectation, derived from the CMB dipole, which can not be explained by a kinematic dipole alone.Comment: 19 pages, 10 figures; version accepted by A&

Siegener Netzwerk Schule (SiNet): Von der Universitätsschule zum Kooperationsverbund

Der Beitrag schildert die Entwicklung einer Partnerschaft zwischen der Universität Siegen und Schulen in der Region Südwestfalen und stellt das aktuelle Netzwerk als Ergebnis dieser Bemühungen vor. Im Schlussteil werden Potenziale und Probleme dieser Form der Zusammenarbeit erörtert. The article describes the development of a partnership between the University of Siegen and schools in the region of South Westphalia and presents the current network as a result of these efforts. In the concluding part, the potentials and problems of this form of cooperation are discussed

Eingriff in die Privatsphäre der Endanwender durch Augmented Reality Anwendungen

Augmented Reality (AR) Anwendungen finden zunehmend den Weg auf Smartphones und Tablets und etablieren sich stetig weiter in unseren Alltag. Bislang waren spezielle Drittanbieter-Entwicklungsumgebungen (SDKs) wie Vuforia für die Entwicklung von AR Anwendungen notwendig, um die teils komplexe Erkennung von Objekten und Umgebungen für eine positionsgetreue Darstellung von Texten und virtuellen 3D-Modellen zu ermöglichen. Heutet bieten die Hersteller der mobilen Betriebssysteme eigene SDKs, wie z.B. Google mit ARCore für eine Reihe von Smartphones und Tablets auf Android-Basis, an. Apple kaufte 2015 die Firma metaio, welche bis dato eines der leistungsstärksten AR-SDKs angeboten hat. Seit 2017 ist das SDK vollständig in das Betriebssystem integriert und lässt sich von jedem Entwickler wie jede andere Standardfunktionalität des Betriebssystems nutzen [...] Ermöglicht wird die virtuelle Positionierung über die visuell-inertiale Odometrie (VIO), bei den markanten Punkten in jedem einzelnen Kamerabild des Videostreams der Smartphone Kamera verglichen und zusätzlich mit den detektierten Bewegungen über die integrierte Bewegungs-und Beschleunigungssensoren des Smartphones abgleichen werden. Durch dieses Verfahren lassen sich digitale, dreidimensionale Abbilder der Umgebung erzeugen, ohne spezielle Kameras mit Tiefensensoren oder Stereokameras nutzen zu müssen. Die Nutzung von AR erfreut sich unter den Anwendern immer größerer Beliebtheit. Dabei ist den Anwendern häufig nicht klar, dass die anfallenden Daten, welche durch die VIO generiert werde, auch Auswertungen ermöglichen, die einen erheblichen Eingriff in die Privatsphäre bedeuten. [... aus der Einleitung

Interaktive Initialisierung eines Echtzeit 3D-Trackings für Augmented Reality auf Smart Devices mit Tiefensensoren

Zusammenfassung Heutige Ansätze des 3D-Trackings für die Registrierung in der realen Welt zum Einsatz von Augmented Reality lassen sich in modellbasierte und umgebungsbasierte Verfahren unterteilen. Umgebungsbasierte Verfahren nutzen den SLAM-Algorithmus zur Erzeugung dreidimensionaler Punktwolken der Umgebung in Echtzeit. Modellbasierte Verfahren finden Ihren Ursprung im Canny edge detector und nutzen aus den CAD-Modellen abgeleitete Kantenmodelle. Wird das modellbasierte Verfahren über Kantendetektion und das umgebungsbasierte Verfahren über 3DPunktewolken kombiniert, ergibt sich ein robustes, hybrides 3D-Tracking. Die entsprechenden Algorithmen der verschiedenen Verfahren sind in heute verfügbaren AR-Frameworks bereits implementiert. Der vorliegende Betrag zeigt zwar, welche Effizienz das hybride 3D-Tracking aufweist, jedoch auch die Problematik der erforderlichen geometrischen Ähnlichkeit von idealem CAD-Modell, bzw. Kantenmodell, und realem Objekt. Bei unterschiedlichen Montagestufen an verschiedenen Montagestationen und mit wechselnden Anwendern ist beispielsweise eine erneute Initialisierung erforderlich. Somit bedingt das hybride 3D-Tracking zahlreiche Kantenmodell, die zuvor aus der jeweiligen Montagestufe abgeleitet werden müssen. Hinzu kommen geometrische Abweichungen durch die Fertigung, die je nach Größe der branchenspezifischen Toleranzen keine hinreichend hohe Übereinstimmung mit den abgeleiteten Kantenmodellen aus den idealen CAD-Modellen aufweisen. Die Autoren schlagen daher den Einsatz parametrisch aufgebauter Mastermodelle vor, welche durch eine interaktive Initialisierung geometrisch Instanziiert werden. Zum Einsatz kommt hier ein mobiler Tiefensensor für Smart Devices, welcher mit Hilfe des Anwenders eine Relation der realen geometrischen Merkmale mit den Idealen des CAD-Modells ermöglicht. Des Weiteren wird in dem dargestellten Konzept die Nutzung von speziellen Suchalgorithmen basierend auf geometrischen Ähnlichkeiten vorgeschlagen, sodass eine Registrierung und Instanziierung auch ohne hinterlegtes Mastermodell ermöglicht wird. Der Beitrag fokussiert sich bei der Validierung auf die interaktive Initialisierung anhand eines konkreten anwendungsnahen Beispiels, da die Initialisierung die Grundlage für die weitere Entwicklung des Gesamtkonzeptes darstellt

Bound entangled states fit for robust experimental verification

Preparing and certifying bound entangled states in the laboratory is an intrinsically hard task, due to both the fact that they typically form narrow regions in the state space, and that a certificate requires a tomographic reconstruction of the density matrix. Indeed, the previous experiments that have reported the preparation of a bound entangled state relied on such tomographic reconstruction techniques. However, the reliability of these results crucially depends on the extra assumption of an unbiased reconstruction. We propose an alternative method for certifying the bound entangled character of a quantum state that leads to a rigorous claim within a desired statistical significance, while bypassing a full reconstruction of the state. The method is comprised by a search for bound entangled states that are robust for experimental verification, and a hypothesis test tailored for the detection of bound entanglement that is naturally equipped with a measure of statistical significance. We apply our method to families of states of $3\times 3$ and $4\times 4$ systems, and find that the experimental certification of bound entangled states is well within reach.Comment: Accepted version in Quantu

Ein Klassifizierungssystem für Industrielle Augmented Reality Anwendungen

Mit dem Fortschreiten der Digitalisierung in der Industrie findet sich Augmented Reality (AR) in immer mehr Einsatzbereichen. Dennoch bleibt die industrielle Verbreitung trotz sich stetig entwickelnder Technik hinter den Prognosen zurück. Es existieren bereits Arbeiten, die sich mit der Klassifizierung von AR jedoch mit Fokus auf die tatsächliche Implementierung bzw. Umsetzung der Anwendung beschäftigen. Um Anwendungsgebiete und damit die eigentliche Problemstellung, in denen AR einen Mehrwert bieten kann, besser vergleichen und Anforderungen für industrielle Bereiche ableiten zu können, stellt dieser Beitrag ein Klassifizierungssystem für diese Einsatzgebiete vor. Auf vorhergehenden Arbeiten aufbauend wird gezeigt, dass eine Klassifizierung der Einsatzszenarien auf Basis der drei Dimensionen zu unterstützende Aktion, Lebenszyklusphase und Grad der Hilfestellung erfolgen kann. Dazu wird eine systematische Literaturrecherche von industriellen AR Anwendungen und Studien der Jahre 2016 bis 2020 durchgeführt und nach dem vorgeschlagenen Schema klassifiziert. Neben den daraus gewonnen Erkenntnissen werden in den Beiträgen verwendete Technologien, wie die Darstellungstechnik, der Detailierungsgrad, der Reifegrad der Anwendung und die Art der Inhaltserstellung analysiert. Außerdem werden Probleme bei der Umsetzung sowie künftige Forschungsthemen und -schwerpunkte herausgearbeitet

Perspective: A stirring role for metabolism in cells

Based on recent findings indicating that metabolism might be governed by a limit on the rate at which cells can dissipate Gibbs energy, in this Perspective, we propose a new mechanism of how metabolic activity could globally regulate biomolecular processes in a cell. Specifically, we postulate that Gibbs energy released in metabolic reactions is used to perform work, allowing enzymes to self‐propel or to break free from supramolecular structures. This catalysis‐induced enzyme movement will result in increased intracellular motion, which in turn can compromise biomolecular functions. Once the increased intracellular motion has a detrimental effect on regulatory mechanisms, this will establish a feedback mechanism on metabolic activity, and result in the observed thermodynamic limit. While this proposed explanation for the identified upper rate limit on cellular Gibbs energy dissipation rate awaits experimental validation, it offers an intriguing perspective of how metabolic activity can globally affect biomolecular functions and will hopefully spark new research

Predicting Soil Respiration from Plant Productivity (NDVI) in a Sub-Arctic Tundra Ecosystem

Soils represent the largest store of carbon in the biosphere with soils at high latitudes containing twice as much carbon (C) than the atmosphere. High latitude tundra vegetation communities show increases in the relative abundance and cover of deciduous shrubs which may influence net ecosystem exchange of CO2 from this C-rich ecosystem. Monitoring soil respiration (Rs) as a crucial component of the ecosystem carbon balance at regional scales is difficult given the remoteness of these ecosystems and the intensiveness of measurements that is required. Here we use direct measurements of Rs from contrasting tundra plant communities combined with direct measurements of aboveground plant productivity via Normalised Difference Vegetation Index (NDVI) to predict soil respiration across four key vegetation communities in a tundra ecosystem. Soil respiration exhibited a nonlinear relationship with NDVI (y = 0.202e 3.508 x , p < 0.001). Our results further suggest that NDVI and soil temperature can help predict Rs if vegetation type is taken into consideration. We observed, however, that NDVI is not a relevant explanatory variable in the estimation of SOC in a single-study analysis

Circumpolar dataset of Soil Organic Carbon north of treeline derived from ENVISAT ASAR GM, link to GeoTIFF

A new approach for the estimation of soil organic carbon (SOC) pools north of the tree line has been developed based on synthetic aperture radar (SAR; ENVISAT Advanced SAR Global Monitoring mode) data. SOC values are directly determined from backscatter values instead of upscaling using land cover or soil classes. The multi-mode capability of SAR allows application across scales. It can be shown that measurements in C band under frozen conditions represent vegetation and surface structure properties which relate to soil properties, specifically SOC. It is estimated that at least 29 Pg C is stored in the upper 30 cm of soils north of the tree line. This is approximately 25 % less than stocks derived from the soil-map-based Northern Circumpolar Soil Carbon Database (NCSCD). The total stored carbon is underestimated since the established empirical relationship is not valid for peatlands or strongly cryoturbated soils. The approach does, however, provide the first spatially consistent account of soil organic carbon across the Arctic. Furthermore, it could be shown that values obtained from 1 km resolution SAR correspond to accounts based on a high spatial resolution (2 m) land cover map over a study area of about 7 × 7 km in NE Siberia. The approach can be also potentially transferred to medium-resolution C-band SAR data such as ENVISAT ASAR Wide Swath with ~120 m resolution but it is in general limited to regions without woody vegetation. Global Monitoring-mode-derived SOC increases with unfrozen period length. This indicates the importance of this parameter for modelling of the spatial distribution of soil organic carbon storage