GRK 1147: Theoretische Astrophysik und Teilchenphysik
Teilchen, Kerne und Felder
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Standardmodell (SM) der Elementarteilchenphysik wurde durch die ATLAS und CMS Experimente am Large-Hadron Collider (LHC) eindrucksvoll bestätigt. Insbesondere wurde 2012 das Higgs-Boson, der letzte noch fehlende Baustein des Standardmodells, entdeckt. Die Eigenschaften dieses Teilchens sind noch nicht präzise vermessen worden und es ist derzeit noch nicht klar, ob es wirklich das Higgs-Bosons des Standardmodells ist oder einem erweiterten Higgs-Sektor angehört. Die Struktur des Standardmodells legt nahe, dass die bekannten Naturkräfte bei noch höheren Energien einen gemeinsamen Ursprung haben könnten. Diese erfordert jedoch eine Erweiterung dieses Modells, die auch für eine Erklärung einer Reihe weiterer Befunde der Teilchen- und Astrophysik notwendig ist wie z.B. Neutrinomassen und -Oszillationen und die beobachtete Dichte der dunklen Materie. SM-Erweiterungen sagen bislang noch unbekannte schwere Teilchen voraus, die am LHC erzeugt werden können. Für eine optimale Auswertung der experimentellen Daten haben wir Präzisionsrechnungen im Rahmen des Standardmodells durchgeführt, insbesondere auch im Zusammenhang mit der Suche nach dem Higgs-Boson. Mitglieder der ATLAS-Kollaboration haben Analysen zur Suche nach nach neuen Teilchen am LHC durchgeführt. Entsprechende Daten wurden auch verwendet, um neu postulierte Modelle einzuschränken. Weiter haben wir LHC-Signaturen von SM-Erweiterungen, mit Schwerpunkt auf supersymmetrische Modellen, ausgearbeitet und interessante Korrelationen zwischen den Zerfallseigenschaften einiger dieser Teilchen und Neutrinodaten bzw. zur Dichte der Dunkelmaterie gefunden. Damit können a priori unabhängige Messungen verwendet werden, um diese Modelle zu testen. Neue Teilchen aus SM-Erweiterungen könnten auch als Dunkelmaterie im frühen Universum oder in der kosmischen Strahlung auftreten und motivierten die Suche nach ihren Signaturen mit den Methoden der Astrophysik. Erweiterungen zur Beschreibung von Neutrinooszillationen stellen darüber hinaus einen vielversprechenden Ansatz dar, um den Ursprung der Asymmetrie von Baryonen und Antibaryonen im Universum via Leptogenese zu erklären. Im Rahmen supersymmetrischer Erweiterungen wurden seltene Streuereignisse theoretisch vorhergesagt, bei denen sich die Teilchen der Dunkelmaterie gegenseitig vernichten und dabei Gammastrahlung aussenden. Mit dem MAGIC-Teleskopsystem wurde nach den Signaturen der Annihilationsereignisse gesucht und die Theorie dadurch stark eingeschränkt. Diese Strahlung steht in Konkurrenz zur Gammastrahlung zahlreicher, neu entdeckter astrophysikalischer Objekte, bei denen es sich überwiegend um stark rotierende Neutronensterne, Supernovaüberreste und Schwarze Löcher handelt. In ihnen werden Teilchen auf sehr hohe Energien beschleunigt, die beim darauf folgenden Abbremsen Gammastrahlung und Neutrinos erzeugen. Tatsächlich wurden vor kurzem erstmals extraterrestrische Neutrinos bei hohen Energien mit dem IceCube Experiment nachgewiesen. Wir trugen dazu bei, dass ihre kosmischen Teilchenbeschleuniger nun systematisch erforscht werden können. Dazu wurden plasmaphysikalische Modelle der Teilchenbeschleunigung und des Strahlungstransports entwickelt und durch numerische Simulationen sowie Multifrequenz-Beobachtungen überprüft. Ein weiterer Fragenkomplex, zu dem das Standardmodell der Elementarteilchenphysik keine Antworten liefert, betrifft die sogenannte Dunkelenergie im Universum. Ihre Existenz wird aus der Beobachtung einer beschleunigten Expansion der Raumzeit abgeleitet, die sich auf eine Interpretation der Helligkeitsverteilung von Supernovae vom Typ Ia stützt. Die Kollegiaten testeten theoretische Modelle thermonuklearer Explosionen anhand von 3D-Computersimulationen. Methoden aus der angewandten Mathematik ermöglichten es erstmals, die Ausbreitung der entstehenden nuklearen Verbrennungsprodukte unter Berücksichtigung von Turbulenzmodellen zu beschreiben. Die Fortschritte im Verständnis von Supernovae Ia lassen kaum einen Zweifel an der Existenz der Dunkelenergie. Sie kann auch als Energiedichte des Vakuums interpretiert werden und wäre dann mit den Grundzuständen der Freiheitsgrade einer das Universum beschreibenden Quantenfeldtheorie verknüpft. Wir haben Quantenfeldtheorien in allgemeinen, gekrümmten Raumzeiten untersucht, um konzeptionell für die Kosmologie geeignete Strukturen zu entwickeln.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Astrophys. J. 642 (2006) LI 19
MAGIC Coll. (inkl. J. Albert i Fort, K. Berger, D. Höhne-Mönch, M. Meyer, S. Rügamer)
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Phys. Rev. D73 (2006) 055005
K. Hagiwaraet al. (incl. T. Ohl)
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Phys. Rev. D74 (2006) 096004
A. Alboteanu, T. Ohl and R. Rückl
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Science 314 (2006) 791 - 794
J. Bagchi, F. Durret, G B. Lima Neto, S. Paul
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Astron. Nachr. 328 (2007) 663
W. Schmidt, A. Maier, M. Hupp, L. Iapichino and J. C. Niemeyer
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Phys. Rev. D76 (2007) 105018
A. Alboteanu, T. Ohl and R. Rückl
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Phys. Rev. D76 (2007) 113003
F. Plentinger, G. Seidl und W. Winter
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Astrophys. J. 675 (2008) L25
MAGIC Coll. (inkl. J. Albert i Fort, K. Berger, D. Höhne-Mönch, M. Meyer, S. Rügamer, F. Spanier)
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Astrophys. J. 679 (2008) 428
MAGIC Coll. (inkl. J. Albert i Fort, K. Berger, D. Höhne-Mönch, M. Meyer, S. Rügamer, F. Spanier)
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Astrophys. J. 681 (2008) 944
MAGIC Coll. (inkl. J. Albert i Fort, K. Berger, D. Höhne-Mönch, M. Meyer, S. Rügamer)
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Astrophys. J. 684 (2008) 1351
MAGIC Coll. (inkl. J. Albert i Fort, K. Berger, D. Höhne-Mönch, M. Meyer, S. Rügamer, F. Spanier)
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Astrophys. J. 685 (2008) L23
MAGIC Coll. (inkl. J. Albert i Fort, K. Berger, D. Höhne-Mönch, M. Meyer, S. Rügamer, F. Spanier)
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JHEP 0804 (2008) 077
F. Plentinger, G. Seidl und W. Winter
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Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 388 (2008) 1079
L. Iapichino, J. Adamek, W. Schmidt, and J.C. Niemeyer
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Nucl. Phys. B791 (2008) 60
F. Plentinger, G. Seidl und W. Winter
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Observations of a systematic selected sample of high frequency peaked BL Lac objects with the MAGIC telescope, Doktorarbeit, Univ. Würzburg (2008)
M. Meyer
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Phvs. Rev. D78 (2008) 095008
T. Ohl and C. Speckner
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Phys. Lett. B668 (2008) 253
MAGIC Coll. (incl. J. Albert i Fort, K. Berger, D. Höhne-Mönch, M. Meyer, S. Rügamer, F. Spanier) and J. Ellis, N.E. Mavromatos, D.V. Nanopoulos, A.S. Sakharov, E.K.G. Sarkisyan
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Phys. Rev. D78 (2008) 045004
F. Plentinger, G. Seidl
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Phys. Rev. D78 (2008) 045016
A. Knöchel and T. Ohl
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Science 320 (2008) 1752
E. Aliu et al. (MAGIC Coll. incl. K. Berger, D. Höhne-Mönch, M. Meyer, S. Rügamer, F. Spanier)
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Science 322 (2008) 1221
E. Aliu et al. (MAGIC Coll. incl. K. Berger, D. Elsässer, D. Höhne-Mönch, M. Meyer, S. Rügamer, F. Spanier)
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Simulating Star Formation and Turbulence in Models of Isolated Disk Galaxies, Doktorarbeit, Univ. Würzburg (2008)
M. Hupp
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Astron. and Astrophys. 493 (2009) 467
MAGIC Coll. (inkl. J. Albert i Fort, K. Berger, D. Höhne-Mönch, S. Rügamer, F. Spanier)
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Astron. and Astrophys. 494 (2009) 127
W. Schmidt, C. Federrath, M. Hupp, S. Kern, J. C. Niemeyer
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Astropart. Phvs. 30 (2009) 293
E. Aliu et al. (MAGIC Coll, incl. D. Höhne-Mönch, D. Elsässer, S. Rügamer, F. Spanier)
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Astrophys. J. 691 (2009) L13
V. Vittorini et al. (AGILE and VERITAS Coll., incl. D. Elsässer, D. Höhne-Mönch, S. Rügamer, F. Spanier)
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Astrophys. J. 692 (2009) L29
E. Aliu et al. (MAGIC Coll, incl. D. Höhne-Mönch, D. Elsässer, S. Rügamer, F. Spanier
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Astrophys. J. 697 (2009) 1299
E. Aliu et al. (MAGIC Coll, incl. D. Elsässer, D. Höhne-Mönch, M. Meyer, S. Rügamer)
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Astrophys. J. 703 (2009) 169
V. A. Acciari et al. (MAGIC and VERITAS Coll., incl. D. Höhne-Mönch, D. Elsässer, S. Rügamer, F. Spanier)
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Astrophys. J. 704 (2009) L129
H. Anderhub et al. (MAGIC Coll., incl. K. Berger, D. Höhne-Mönch, D. Elsässer, S. Rügamer, F. Spanier)
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Astrophys. J. 705 (2009) 1624
H. Anderhub et al. (MAGIC Collaboration, incl. D. Höhne-Mönch, D. Elsässer, S. Rügamer, F. Spanier)
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Collider Phenomenology of the Three-Site Higgsless Model , Doktorarbeit, Univ. Würzburg (2009)
C. Speckner
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Evolution of shocks and turbulence in major galaxy-cluster mergers and its effects on Intra Cluster Medium, Doktorarbeit, Univ. Würzburg (2009)
S. Paul
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JCAP 11 (2009) 008
J. Adamek, A. Rakic, D. Simon, and J.C. Niemeyer
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JHEP 0901 (2009) 084
T. Ohl and A. Schenkel
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JHEP 0905 (2009) 120
A. Bartl, M. Hirsch, A. Vicente, S. Liebler and W. Porod
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JHEP 0910 (2009) 052
T. Ohl and A. Schenkel
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Phänomenologische Implikationen von Flavor-Symmetrien, Doktorarbeit, Univ. Würzburg (2009)
F. Plentinger
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Supersymmetric Cold Dark Matter and Higgsless Electroweak Symmetry Breaking , Doktorarbeit, Univ. Würzburg (2009)
A. Knöchel
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J. Adamek, A. Rakic, D. Simon and J. C. Niemeyer
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J. Aleksic et al. (MAGIC Coll, incl. D. Elsässer, D. Höhne-Mönch, S. Rügamer)
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Class. Quant. Grav. 27 (2010) 135014
T. Koslowski and A. Schenkel
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Comput. Phvs. Commun. 181 (2010) 1077-1086
F. Staub
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Gen. Rel. Grav. 42 (2010) 2785
T. Ohl and A. Schenkel
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JCAP 1006 (2010) 013
C. Boehm, T. Delahaye, P. Salati, F. Staub,R. K. Singh
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JHEP 1001 (2010) 058
F. Staub, W. Porod, J. Niemeyer
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JHEP 1007 (2010) 029
T. Ohl, A. Schenkel and C. F. Uhlemann
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JHEP 1010 (2010) 040
F. Staub, W. Porod, B. Herrmann
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JHEP 1012 (2010) 077
J.N. Esteves, M. Hirsch, W. Porod, J.C. Romão, F. Staub, A. Vicente
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Non Standard SUSY Dark Matter, Doktorarbeit, Univ. Würzburg (2010)
F. Staub
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Phvs. Rev. D 81 (2010) 065015
A. Bechinger and G. Seidl
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Phys. Lett. B694 (2010) 258
A. Schenkel and C. F. Uhlemann
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Phys. Rev. D 81 (2010) 025004
G. Seidl
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Phys. Rev. D81 (2010) 036013
A. Knöchel and T. Ohl
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Phys. Rev. D82 (2010) 086006
J. Adamek, D. Campo, and J.C. Niemeyer
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SIGMA 6 (2010) 061
A. Schenkel and C. F. Uhlemann
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Astron. and Astrophys. 533 (2011) A13
A. Summa, D. Elsässer and K. Mannheim
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S. Paul, L. Iapichino, F. Miniati, J. Bagchi and K. Mannheim
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J. Aleksic et al. (MAGIC Coll. D. Elsässer, D. Höhne-Mönch)
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F. Spanier, M. Wisniewski
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Classical and quantum aspects of anisotropic cosmology, Doktorarbeit, Uni. Würzburg (2011)
J. Adamek
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Comput. Phvs. Commun. 182 (2011) 808-833
F. Staub
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Eur. Phvs. J. C71 (2011) 11
S. Saxena, A. Summa, D. Elsässer, M. Rüger, K. Mannheim
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Eur. Phvs. J. C71 (2011) 1742
W. Kilian, T. Ohl and J. Reuter
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Gen. Rel. Grav. 43 (2011) 2605
A. Schenkel
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JCAP 06 (2011) 017
J. Adamek, R. Dürrer, E. Fenu, and M. Vonlanthen
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JCAP 06 (2011) 035
J. Aleksic et al. (MAGIC Coll, incl. D. Elsässer, D. Höhne-Mönch, S. Rügamer, J. Storz)
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JHEP 1107 (2011) 052
U. Langenfeld
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S. Liebler
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Numerische Simulationen des Transports kosmischer Strahlung in realistischen Turbulenzmodellen, Doktorarbeit, Univ. Würzburg (2011)
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P. Baerwald, S. Hiimmer and W. Winter
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Aspects in the fate of primordial vacuum bubbles, Doktorarbeit, Univ. Würzburg (2012)
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Astropart. Phvs. 35 (2012) 508
P. Baerwald, S. Hümmer and W. Winter
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Astropart. Phvs. 541 (2012) A99
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Astrophys. J. 750 (2012) 150
M. Wisniewski, F. Spanier, R. Kissmann
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Eur. Phvs. J. C 72 (2012) 2151
G. Aad et al. (ATLAS Collaboration incl. J. Meyer, J. Tam)
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Indirect Search for Dark Matter in the Universe - the Multiwavelength and Multiobject Approach, Doktorarbeit, Univ. Würzburg (2012)
D. Elsässer
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JCAP 1201 (2012) 048
E. A. Lim and D. Simon
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JCAP 1210 (2012) 020
P. Baerwald, M. Bustamante and W. Winter
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JHEP 1211 (2012) 070
U. Langenfeld, S. -O. Modi and T. Pfoh
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Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 423 (2012) 2705
J. Adamek, C. de Rham, and R. Dürrer
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S. Liebler and W. Porod
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S. Hummer, P. Baerwald and W. Winter
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A. Schenkel and C. F. Uhlemann
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F. Bach, T. Ohl
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Sol. Phys. 280 (2012) 551-560
U. Ganse, P. Kilian, R. Vainio, F. Spanier
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Solar Phys. 281 (2012) 281
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Astron. and Astrophys. 563 (2014) A91
MAGIC Coll. (incl. D. Elsässer, J. Storz)
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Astron. and Astrophys. 564 (2014) A5
MAGIC Collaboration (incl. D. Elsässer, T. Steinbring, J. Storz)
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F. Krauss et al., (incl. C. Grossberger, M. Langejahn, K. Leiter, E. Litzinger, T. Steinbring)
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Astron. and Astrophys. 569 (2014) A115
C. Müller et al. (incl. C. Großberger, T. Steinbring)
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Detailed simulations of Blazar variablitity. A numerical approach to radioobservations and short-term variability., Doktorarbeit, Univ Würzburg (2014)
S. Richter
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Lett. B737 (2014) 156-161
J. E. Camargo-Molina, B. Garbrecht, B. O’Leary, W. Porod, and F. Staub
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Modelling high-energy observables of supernova explosions, Doktorarbeit, Univ. Würzburg (2014)
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Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 438 (2014) 1762
M. Fink et al. (incl. I. R. Seitenzahl)
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Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 440 (2014) 101
A. J. Ruiter, K. Belczynski, S. A. Sim, I. R. Seitenzahl and D. Kwiatkowski
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Neutrinos from Gamma-Ray Bursts, and the multi-messenger connection, Doktorarbeit, Uni. Würzburg (2014)
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PAMM, WILEY-VCH Verlag, 2014, 14, 953-954
J. P. Gallego-Valencia; J. Löbbert; S. Müthing; P. Bastian; C. Klingenberg and Y. Xia
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A. Cheriguene, S. Liebler and W. Porod
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Science 346 (2014) 1080
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Search for Second Generation Scalar Leptoquarks using the ATLAS Detector, Doktorarbeit, Univ. Würzburg (2014)
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Springer Proceedings in Mathematics and Statistics, FVCA 7 (2014) 217
V. Desveaux, M. Zenk, B. Berthon, and C. and Klingenberg
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Ultra-high-energy neutrinos and cosmic rays from gamma-ray bursts: exploring and updating the connection , Doktorarbeit, Uni. Würzburg (2014)
M. Bustamante
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Astropart. Phvs. 62 (2015) 66
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Astropart. Phys. 61 (2015) 102
S. Richter, F. Spanier
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Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 447 (2015) 2, 1484
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Morphologische und spektroskopische Untersuchung an Supernova-Überresten = Morphological and spectroscopical investigations of supernova remnants, Doktorarbeit, Uni. Würzburg, 2015
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M. Schreyer
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Teilchenbeschleunigung an kollisionsfreien Schockfronten = Partical acceleration at collisionless shock fronts. Doktorarbeit, Univ. Würzburg, 2015
P. Kilian
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Low Mach Number Simulations of Convective Boundary Mixing in Classical Novae = Simulationen der konvektiven Mischung in Klassischen Novae im Strömungsbereich kleiner Machzahlen, Doktorarbeit, Uni. Würzburg, 2016.
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On Runge-Kutta discontinuous Galerkin methods for compressible Euler equations and the ideal magneto-hydrodynamical model, Doktorarbeit, Uni. Würzburg, 2017. XII, 99 S.
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