http://hdl.handle.net/10900/42133 2026-09-22T17:08:08Z 2026-09-22T17:08:08Z Höltgen, Benedikt http://hdl.handle.net/10900/183611 2026-09-22T15:35:57Z 2026-09-22T00:00:00Z

The Construction of Algorithmic Predictions in Society Höltgen, Benedikt Immer mehr Entscheidungen in gesellschaftlichen Kontexten werden automatisiert. Algorithmische Vorhersagen werden dabei häufig so interpretiert, dass sie Zusammenhänge zwischen realen Aspekten der Welt identifizieren (oder zumindest approximieren), die unabhängig von den gewählten technischen Methoden sind. Diese Annahme prägt sowohl die Fachliteratur als auch die öffentliche Debatte und wird oft als Rechtfertigung von Entscheidungen herangezogen, die auf solchen Vorhersagen basieren. Wie ich argumentiere, beruht dieses Verständnis statistischer Regelmäßigkeiten auf (i) einem von Naturgesetzen geprägten Wissenschaftsverständnis, (ii) einem „Casino-Verständnis“ von Wahrscheinlichkeiten als objektiven Größen sowie (iii) der zentralen Rolle, die Gesetzmäßigkeiten in der Statistik zugesprochen wird. Im ersten Teil dieser Arbeit zeige ich, dass Wahrscheinlichkeiten generell konstruiert sind. Dies wird oft übersehen, da sie nicht direkt evaluierbar sind. Ich systematisiere die Evaluierung probabilistischer Vorhersagen mittels Kalibrierung und vereinheitliche unterschiedliche Auffassungen von Wahrscheinlichkeiten über Gemeinsamkeiten in der Abhängigkeit von Modellen. Im zweiten Teil entwickle ich ein Verständnis von maschinellem Lernen für gesellschaftliche Kontexte, welches ohne die Annahme von datengenerierenden Wahrscheinlichkeitsverteilungen auskommt, und zeige, dass diese Annahme in der Praxis irreführend ist. Ich widerlege die daraus abgeleitete Vorstellung, dass eine Berücksichtigung von Fairness notwendigerweise mit schlechteren Vorhersagen einhergehen muss, sowohl theoretisch als auch empirisch. Zudem zeige ich, dass---entgegen der gängigen Auffassung---die Einbeziehung demografischer Merkmale Ungleichheiten und Stereotype verstärken kann. Im dritten Teil erweitere ich den Anwendungsbereich der vorangegangenen Überlegungen. Ich entwickle ein mathematisches Modell für kausale Inferenz, dessen Annahmen und Vorhersagen leichter überprüfbar sind, und schließe mit einer Kritik verbreiteter Auffassungen über künstliche Intelligenz. Zusammengefasst lege ich Probleme des vorherrschenden Verständnisses algorithmischer Vorhersagen dar und leiste sowohl konzeptionelle als auch technische Beiträge, die den konstruierten Charakter von Vorhersagen aufzeigen und die theoretische Analyse näher an die soziale Realität heranführen.; As data-driven decision-making is increasingly pervasive in society, algorithmic predictions are often understood as identifying, or at least approximating, prop- erties of the world that are independent of the technical tools; this applies to the technical literature as much as to the public. Individual decisions based on such predictions are then justified by the claim that the models track real relationships between measured attributes. I argue that this view of statistical regularities is based on (i) the common understanding of science as identifying natural laws, (ii) the casino understanding of chances or risks as something that can be identified, and (iii) the fundamental role of statistical regularities in the standard mathematical framework of statistics and machine learning. In the first part of this thesis, I demonstrate that probabilities are generally constructed and that contrary intuitions rest at least partly on the fact that we cannot directly evaluate them. In particular, I systematise the evaluation of prob- abilistic predictions through notions of calibration and unify different perspect- ives on probability by emphasising the ubiquity of model-dependence. In the second part, I present a constructive perspective on machine learn- ing for societal contexts in particular. I show that the assumption of a data- generating distribution is not necessary for modelling machine learning and that it can be misleading in practice. Theoretically and empirically, I disprove the idea derived from this assumption that fairness considerations necessarily require a deviation from better predictions. I also show that (against received wisdom) the inclusion of demographic attributes can exacerbate inequality and that their current use can be harmful even in auditing for racial discrimination. In the third and last part, I extend the scope of the foregoing considerations beyond the supervised learning setting. For causal inference tasks, I present a framework dispensing with data-generating distributions, which not only cap- tures established estimators but also paves the way for greater reliability and accountability by making the required assumptions testable. I conclude with a more general critique of common understandings of artificial intelligence. Taken together, I demonstrate problems with the prevalent understanding of algorithmic predictions and offer conceptual and technical contributions that, in various ways, emphasise their constructed nature and bring theoretical analysis closer to social reality.

2026-09-22T00:00:00Z Wunder, Fabian http://hdl.handle.net/10900/183521 2026-09-22T01:00:23Z 2026-09-21T00:00:00Z

Analytic Methods for Perturbative Quantum Chromodynamics Wunder, Fabian Phänomene auf den kleinsten Längenskalen, die moderne Teilchenbeschleuniger auf- lösen können, lassen sich durch das Standardmodell der Teilchenphysik mit erstaun- licher Genauigkeit beschreiben. Seit der Entdeckung des Higgs-Bosons im Jahr 2012 hat sich der Forschungsschwerpunkt von der Entdeckung neuer Resonanzen verlagert hin zu Präzisionstests des Standardmodells selbst: Weiterer Fortschritt hängt davon ab, subtile Effekte etablierter Theorie zu verstehen. In diesem Kontext spielt die Theorie der Quantenchromodynamik (QCD) eine zentrale Rolle. Diese beschreibt auf fundamentaler Ebene die Wechselwirkung von Quarks und Gluonen, die kollektiv als Partonen bezeichnet werden. Jedoch lassen sich diese nie isoliert beobachten, da die starke Wechselwirkung sie stets in Hadronen bindet, beispielsweise zu Protonen und Neutronen, die den Großteil der Materie im sichtbaren Universum ausmachen. Die zentrale Idee, welche die Dynamik von Hadron-Kollisionen zugänglich macht, wird als Faktorisierung bezeichnet: eine Trennung von Observablen in einen univer- sellen Bestandteil, der die niederenergetische interne Hadrondynamik beschreibt und einen prozessspezifischen Koeffizienten, der die hochenergetische Wechselwirkung cha- rakterisiert; letzterer lässt sich störungstheoretisch berechnen, da die QCD-Kopplung bei hohen Energien klein ist. Dies macht ein Zusammenspiel verschiedener Bereiche der Teilchenphysik notwendig: (i) Experimente, die immer genauere Daten liefern, (ii) Bestimmung von Partonverteilungen unter Berücksichtigung aller verfügbarer Daten, (iii) präzise störungstheoretische Berechnungen von Hochenergie-Streuprozessen. Zur Zeit entsteht in den USA ein neuer Teilchenbeschleuniger, der Electron-Ion Collider (EIC). Dieser wird die Kollision von polarisierten Elektronen- und Protonen- strahlen mit bisher unerreichter Genauigkeit vermessen, was neue Einblicke in die Pro- tonstruktur ermöglichen wird. Um diese Daten optimal zu nutzen, muss die Theorie schritthalten. Diese Doktorarbeit leistet dazu einen Beitrag, indem sie die analytische Kontrolle über Strahlungskorrekturen in Streuprozessen, kinematische Abhängigkeiten von Observablen und die Energieabhängigkeit von Partonverteilungen erhöht. Ein großer Teil der Arbeit ist sogenannten Winkelintegralen gewidmet, zentrale Bausteine von Phasenraumintegralen, die über die zusätzliche, im Streuprozess ent- stehende, Strahlung summieren. Verschiedene effiziente Methoden, die ursprünglich für so genannte Feynman-Integrale entwickelt worden sind – zum Beispiel Partielle- Integrations-Identitäten, Entwicklung nach Bereichen, Differentialgleichungsmethoden und Dimensionsverschiebung – werden für die neue Problemstellung adaptiert und auf Winkelintegrale angewendet. Dies erlaubt eine Reihe neuer Resultate. Ein weiterer Bereich der Arbeit befasst sich mit der analytischen Struktur spezieller Feynman Inte- grale und dem Beseitigen oberflächlicher Unstetigkeiten durch Verwendung einwertiger Polylogarithmen. Dies führt zu einer deutlichen Vereinfachung der Strukturfunktionen in semi-inklusiver tief-inelastischer Streuung (SIDIS), einem wichtigen Prozess am EIC. Des Weiteren wird eine systematische Entwicklung im Transversalimpuls untersucht und auf den Drell-Yan-Prozess angewendet um unser Verständnis der Faktorisierung zu verbessern. Zusätzlich wird ein neuer semi-analytischer Ansatz zur Partonevolution vorgestellt. Der gemeinsame Rahmen dieser analytischen Methoden für perturbative QCD ist es, unser Verständnis für Prozesse, die relevant für Kolliderphänomenologie und die Untersuchung der Protonstruktur sind, zu verbessern.; Nature, at the shortest distances accessible to contemporary colliders, is described by the Standard Model of particle physics with remarkable precision. Since the discovery of the Higgs boson in 2012, progress has shifted from finding new resonances to ex- ploring the Standard Model itself with unprecedented accuracy: advances now depend on extracting subtle consequences of established theory. In this context, the theory of quantum chromodynamics (QCD) plays a central role. Fundamentally, it describes the interactions of quarks and gluons, collectively referred to as partons. However, these are never observed in isolation but, due to the confining nature of the strong interaction, only in their bound hadronic states such as protons and neutrons, which make up most of the visible matter in the universe. The central insight – going back to Feynman – that makes the dynamics of hadronic collisions accessible is factorization: the separation of observables into the universal long-distance dynamics of the hadrons encoded in parton distributions and process- specific short-distance coefficients that can be calculated in perturbation theory thanks to the asymptotic freedom of QCD at high energies. This requires an interplay of differ- ent parts of the high-energy physics community: (i) experiments supplying increasingly accurate data for observables, (ii) global analyses extracting parton distributions, (iii) precise perturbative calculations of hard scattering processes. At present, a new collider, the Electron-Ion Collider (EIC), is under construction at Brookhaven National Laboratory in the USA. With polarized electron and proton beams and wide kinematic coverage, it will provide a new angle on the proton’s inner structure. To make optimal use of the increased experimental precision, theory needs to keep pace. This thesis contributes to this effort by enhancing analytic control over radiative corrections in hard scatterings, the kinematic dependence of structure functions in collider observables, and the dependence of parton densities on the energy scale at which they are probed. A main part of this doctoral thesis is devoted to angular integrals, key building blocks for phase-space integrals that sum over final-state radiation in a process. Several powerful methods originally developed for Feynman integrals – such as integration-by- parts identities, expansion by regions, differential equations, and dimensional shifts – are adapted to this new setting to bring the knowledge about angular integrals to a modern standard, yielding several novel results. Another topic is the analytic structure of certain one-loop integrals and the removal of spurious branch cuts by introducing single-valued polylogarithms. This leads to a substantial compactification of the coeffi- cient functions for semi-inclusive deep-inelastic scattering (SIDIS), a key process at the EIC. Furthermore, a systematic expansion in higher powers of transverse momentum is developed and applied to the Drell-Yan process, allowing for a refined understand- ing of its factorization structure. In addition, a new semi-analytical ansatz for the evolution of parton distributions is explored. The unifying theme of these methods for perturbative QCD is improving analytic understanding of processes relevant to collider phenomenology and the extraction of the proton structure.

2026-09-21T00:00:00Z Holzapfel, Lennart Gerhard http://hdl.handle.net/10900/183520 2026-09-22T01:01:55Z 2026-09-21T00:00:00Z

Die Synthese und Reaktivität von Iridiumtetrylidinen Holzapfel, Lennart Gerhard Übergangsmetall-Tetrylidine, Verbindungen mit einer Dreifachbindung zwischen einem Übergangsmetall und einem schweren Gruppe 14-Element (Ge, Sn, Pb), sind bislang nur wenig erforscht, obwohl sie aufgrund ihrer außergewöhnlichen Bindungssituation und Reaktivität von großem Interesse sind. In dieser Arbeit wird ein neuer, literaturunbekannter Syntheseansatz vorgestellt, der auf der Reduktion von Organotetrel(II)halogeniden in Gegenwart von Übergangsmetall-Präkursoren beruht und den Zugang zu einer Reihe neuer Iridiumtetrylidine ermöglicht. Quantenmechanische Rechnungen bestätigen für diese Verbindungen einen ausgeprägten Dreifachbindungscharakter. Anhand der Iridiumtetrylidine des Germaniums und Zinns wird die Reaktivität gegenüber einer großen Bandbreite kleiner Moleküle, u. a. Kohlenstoffdioxid, Acetophenon, Acetonitril, Aminen, Wasser und molekularem Wasserstoff, systematisch untersucht. Die Reaktivität der Tetrylidine wird dabei sowohl durch das Tetrelelement als auch das Übergangsmetall signifikant beeinflusst. Zudem gelingt erstmals die Synthese eines Übergangsmetallditetrylidins, dessen Reaktivität gegenüber Kohlenstoffdioxid und einem organischen Azid untersucht wird. Die Ergebnisse liefern grundlegende Erkenntnisse zur gezielten Steuerung der Reaktivität von Übergangsmetall-Tetrel-Mehrfachbindungen und eröffnen neue Perspektiven für die kooperative Aktivierung kleiner Moleküle an multinuklearen Metallzentren.

2026-09-21T00:00:00Z Schröder, Maria Paula http://hdl.handle.net/10900/183516 2026-09-19T01:07:35Z 2028-07-24T00:00:00Z

Untersuchung von zwei verwaisten RiPP-Biosynthese-Genclustern aus Chitinophaga dinghuensis und Ohtaekwangia koreensis Schröder, Maria Paula Ribosomally synthesized and posttranslationally modified peptides (RiPPs) represent a structurally diverse group of microbial natural products. Due to their potential antibiotic, antiviral, antifungal, or analgesic effects, there is great interest in the identification of new RiPPs. Particularly promising in this regard are so-called orphaned biosynthetic gene clusters (BGCs), whose natural product is still unknown. The aim of this work was the experimental investigation of two orphaned RiPP BGCs from Chitinophaga dinghuensis (chd cluster) and Ohtaekwangia koreensis (ohk cluster). Both clusters were first analyzed bioinformatically and annotated using BLAST. Supplementary structure predictions provided only limited additional insights. This suggests that the maturases under investigation are functionally specialized or enzymes that have not yet been sufficiently characterized. In the chd cluster, the focus was on the functional analysis of the predicted maturases. In addition to the previously described peptide arginase ChdR, the putative lanthionine dehydratase ChdB and the two lanthionine cyclases ChdC1 and ChdC2 were investigated. ChdR catalyzes the conversion of peptidically bound arginines to ornithine, while ChdB, in combination with ChdC1 and ChdC2, presumably forms two ring structures. For the ohk cluster, the central focus was on the biochemical characterization of the peptide arginase OhkR from O. koreensis. Through heterologous (co-)expression, the arginase activity of OhkR was clearly confirmed in vivo and in vitro. The localization of the modifications and the determination of the reaction directionality revealed unusual C-to N-terminal processing. Kinetic analyses showed high substrate affinity with simultaneously low turnover rate. Furthermore, OhkR exhibited substrate tolerance toward non-native precursor peptides from a related BGC. Structural predictions and mutation analyses provided clues to sequence motifs that could be relevant for substrate recognition. Co-expressions were also performed with the other maturases of the ohk cluster, but no activity could be detected in these cases. Overall, this work provides new experimental insights into the enzymatic complexity of RiPP BGCs and contributes to the characterization of different maturases. The results establish a starting point for further analysis of both clusters and for the potential identification of the corresponding natural products.; Die Dissertation ist gesperrt bis zum 24. Juli 2028 !; Ribosomal synthetisierte und posttranslational modifizierte Peptide (RiPPs) stellen eine strukturell diverse Gruppe mikrobieller Naturstoffe dar. Aufgrund ihrer potenziellen antibiotischen, antiviralen, antimykotischen oder analgetischen Wirkungen besteht großes Interesse an der Identifizierung neuer RiPPs. Besonders vielversprechend sind dabei sogenannte verwaiste Biosynthese Gencluster (BGC), deren Naturstoff noch unbekannt ist. Ziel dieser Arbeit war die experimentelle Untersuchung zweier verwaister RiPP BGC aus Chitinophaga dinghuensis (chd‑Cluster) und Ohtaekwangia koreensis (ohk‑Cluster). Beide Cluster wurden zunächst bioinformatisch analysiert und mittels BLAST annotiert. Ergänzende Strukturvorhersagen lieferten trotz hoher Modellqualität nur begrenzte zusätzliche Erkenntnisse. Dies deutet darauf hin, dass es sich bei den untersuchten Maturasen um funktionell spezialisierte oder bislang unzureichend charakterisierte Enzyme handelt. Im chd Cluster lag der Fokus auf der funktionellen Analyse der vorhergesagten Maturasen. Neben der bereits beschriebenen Peptid Arginase ChdR wurden insbesondere die putative Lanthionin Dehydratase ChdB sowie die beiden Lanthionin Zyklasen ChdC1 und ChdC2 untersucht. ChdR katalysiert die Umwandlung peptidisch gebundener Arginine zu Ornithin, während ChdB in Kombination mit ChdC1 und ChdC2 vermutlich zwei Ringstrukturen bildet. Für das ohk Cluster lag der zentrale Schwerpunkt auf der biochemischen Charakterisierung der Peptid Arginase OhkR aus O. koreensis. Durch heterologe (Ko-)Expression konnte die Arginase‑Aktivität von OhkR eindeutig in vivo und in vitro bestätigt werden. Die Lokalisierung der Modifikationen sowie die Bestimmung der Reaktionsdirektionalität zeigten eine ungewöhnliche C‑ zu N‑terminale Prozessierung. Kinetische Analysen zeigten eine hohe Substrataffinität bei gleichzeitig niedriger Umsatzzahl. Darüber hinaus zeigte OhkR eine Substrattoleranz gegenüber nicht‑nativen Präkursor Peptiden aus einem verwandten BGC. Strukturvorhersagen und Mutationsanalysen lieferten Hinweise auf Sequenzmotive, die für die Substraterkennung relevant sein könnten. Mit den anderen Maturasen des ohk Clusters wurden ebenfalls Koexpressionen durchgeführt, hier konnten jedoch keine Aktivitäten nachgewiesen werden. Insgesamt liefert diese Arbeit neue experimentelle Einblicke in die enzymatische Vielfalt der RiPP‑Biosynthese und trägt zur funktionellen Charakterisierung ungewöhnlicher Maturasen bei. Die Ergebnisse schaffen eine Grundlage für weiterführende Untersuchungen der zugehörigen Biosynthesewege und für die zukünftige Aufklärung der zugehörigen Naturstoffe.

2028-07-24T00:00:00Z