Nucleation of aerosol particles from trace atmospheric vapours is thought to provide up to half of global cloud condensation nuclei. Aerosols can cause a net cooling of climate by scattering sunlight and by leading to smaller but more numerous cloud droplets, which makes clouds brighter and extends their lifetimes. Atmospheric aerosols derived from human activities are thought to have compensated for a large fraction of the warming caused by greenhouse gases. However, despite its importance for climate, atmospheric nucleation is poorly understood. Recently, it has been shown that sulphuric acid and ammonia cannot explain particle formation rates observed in the lower atmosphere. It is thought that amines may enhance nucleation, but until now there has been no direct evidence for amine ternary nucleation under atmospheric conditions. Here we use the CLOUD (Cosmics Leaving OUtdoor Droplets) chamber at CERN and find that dimethylamine above three parts per trillion by volume can enhance particle formation rates more than 1,000-fold compared with ammonia, sufficient to account for the particle formation rates observed in the atmosphere. Molecular analysis of the clusters reveals that the faster nucleation is explained by a base-stabilization mechanism involving acid-amine pairs, which strongly decrease evaporation. The ion-induced contribution is generally small, reflecting the high stability of sulphuric acid-dimethylamine clusters and indicating that galactic cosmic rays exert only a small influence on their formation, except at low overall formation rates. Our experimental measurements are well reproduced by a dynamical model based on quantum chemical calculations of binding energies of molecular clusters, without any fitted parameters. These results show that, in regions of the atmosphere near amine sources, both amines and sulphur dioxide should be considered when assessing the impact of anthropogenic activities on particle formation.

Abstract About half of present-day cloud condensation nuclei originate from atmospheric nucleation, frequently appearing as a burst of new particles near midday 1 . Atmospheric observations show that the growth rate of new particles often accelerates when the diameter of the particles is between one and ten nanometres 2,3 . In this critical size range, new particles are most likely to be lost by coagulation with pre-existing particles 4 , thereby failing to form new cloud condensation nuclei that are typically 50 to 100 nanometres across. Sulfuric acid vapour is often involved in nucleation but is too scarce to explain most subsequent growth 5,6 , leaving organic vapours as the most plausible alternative, at least in the planetary boundary layer 7,8,9,10 . Although recent studies 11,12,13 predict that low-volatility organic vapours contribute during initial growth, direct evidence has been lacking. The accelerating growth may result from increased photolytic production of condensable organic species in the afternoon 2 , and the presence of a possible Kelvin (curvature) effect, which inhibits organic vapour condensation on the smallest particles (the nano-Köhler theory) 2,14 , has so far remained ambiguous. Here we present experiments performed in a large chamber under atmospheric conditions that investigate the role of organic vapours in the initial growth of nucleated organic particles in the absence of inorganic acids and bases such as sulfuric acid or ammonia and amines, respectively. Using data from the same set of experiments, it has been shown 15 that organic vapours alone can drive nucleation. We focus on the growth of nucleated particles and find that the organic vapours that drive initial growth have extremely low volatilities (saturation concentration less than 10 −4.5 micrograms per cubic metre). As the particles increase in size and the Kelvin barrier falls, subsequent growth is primarily due to more abundant organic vapours of slightly higher volatility (saturation concentrations of 10 −4.5 to 10 −0.5 micrograms per cubic metre). We present a particle growth model that quantitatively reproduces our measurements. Furthermore, we implement a parameterization of the first steps of growth in a global aerosol model and find that concentrations of atmospheric cloud concentration nuclei can change substantially in response, that is, by up to 50 per cent in comparison with previously assumed growth rate parameterizations.

Abstract Atmospheric aerosols and their effect on clouds are thought to be important for anthropogenic radiative forcing of the climate, yet remain poorly understood 1 . Globally, around half of cloud condensation nuclei originate from nucleation of atmospheric vapours 2 . It is thought that sulfuric acid is essential to initiate most particle formation in the atmosphere 3,4 , and that ions have a relatively minor role 5 . Some laboratory studies, however, have reported organic particle formation without the intentional addition of sulfuric acid, although contamination could not be excluded 6,7 . Here we present evidence for the formation of aerosol particles from highly oxidized biogenic vapours in the absence of sulfuric acid in a large chamber under atmospheric conditions. The highly oxygenated molecules (HOMs) are produced by ozonolysis of α-pinene. We find that ions from Galactic cosmic rays increase the nucleation rate by one to two orders of magnitude compared with neutral nucleation. Our experimental findings are supported by quantum chemical calculations of the cluster binding energies of representative HOMs. Ion-induced nucleation of pure organic particles constitutes a potentially widespread source of aerosol particles in terrestrial environments with low sulfuric acid pollution.

Observations made in the CLOUD chamber at CERN illuminate atmospheric particle formation.

A list of authors and their affiliations appears at the end of the paper New-particle formation is a major contributor to urban smog1,2, but how it occurs in cities is often puzzling3. If the growth rates of urban particles are similar to those found in cleaner environments (1-10 nanometres per hour), then existing understanding suggests that new urban particles should be rapidly scavenged by the high concentration of pre-existing particles. Here we show, through experiments performed under atmospheric conditions in the CLOUD chamber at CERN, that below about +5 degrees Celsius, nitric acid and ammonia vapours can condense onto freshly nucleated particles as small as a few nanometres in diameter. Moreover, when it is cold enough (below -15 degrees Celsius), nitric acid and ammonia can nucleate directly through an acid-base stabilization mechanism to form ammonium nitrate particles. Given that these vapours are often one thousand times more abundant than sulfuric acid, the resulting particle growth rates can be extremely high, reaching well above 100 nanometres per hour. However, these high growth rates require the gas-particle ammonium nitrate system to be out of equilibrium in order to sustain gas-phase supersaturations. In view of the strong temperature dependence that we measure for the gas-phase supersaturations, we expect such transient conditions to occur in inhomogeneous urban settings, especially in wintertime, driven by vertical mixing and by strong local sources such as traffic. Even though rapid growth from nitric acid and ammonia condensation may last for only a few minutes, it is nonetheless fast enough to shepherd freshly nucleated particles through the smallest size range where they are most vulnerable to scavenging loss, thus greatly increasing their survival probability. We also expect nitric acid and ammonia nucleation and rapid growth to be important in the relatively clean and cold upper free troposphere, where ammonia can be convected from the continental boundary layer and nitric acid is abundant from electrical storms4,5.

Significance A mechanism for the formation of atmospheric aerosols via the gas to particle conversion of highly oxidized organic molecules is found to be the dominant aerosol formation process in the preindustrial boundary layer over land. The inclusion of this process in a global aerosol model raises baseline preindustrial aerosol concentrations and could lead to a reduction of 27% in estimates of anthropogenic aerosol radiative forcing.

A bstract A measurement of the single-top-quark t -channel production cross section in pp collisions at $ \sqrt{s}=7 $ TeV with the CMS detector at the LHC is presented. Two different and complementary approaches have been followed. The first approach exploits the distributions of the pseudorapidity of the recoil jet and reconstructed top-quark mass using background estimates determined from control samples in data. The second approach is based on multivariate analysis techniques that probe the compatibility of the candidate events with the signal. Data have been collected for the muon and electron final states, corresponding to integrated luminosities of 1.17 and 1.56 fb −1 , respectively. The single-top-quark production cross section in the t -channel is measured to be 67 . 2±6 . 1 pb, in agreement with the approximate next-to-next-to-leading-order standard model prediction. Using the standard model electroweak couplings, the CKM matrix element | V tb | is measured to be 1 . 020 ± 0 . 046 (meas.) ± 0 . 017 (theor.).

The mass of the top quark is measured using a sample of t t-bar candidate events with one electron or muon and at least four jets in the final state, collected by CMS in pp collisions at sqrt(s) = 7 TeV at the LHC. A total of 5174 candidate events is selected from data corresponding to an integrated luminosity of 5.0 inverse femtobarns. For each event the mass is reconstructed from a kinematic fit of the decay products to a t t-bar hypothesis. The top-quark mass is determined simultaneously with the jet energy scale (JES), constrained by the known mass of the W boson in q anti-q decays, to be 173.49 +/- 0.43 (stat.+JES) +/- 0.98 (syst.) GeV.

New measurements of the $\eta$ and $K^0$ masses have been performed using decays to 3$\pi^0$ with the NA48 detector at the CERN SPS. Using symmetric decays to reduce systematic effects, the results $M(\eta) = 547.843\pm0.051$ MeV/c$^2$ and $M(K^0) = 497.625\pm0.031$ MeV/c$^2$ were obtained.

A bstract A measurement of the $ \Lambda_{\mathrm{b}}^0 $ lifetime using the decay $ {{{\Lambda_{\mathrm{b}}^0\to J}} \left/ {{\psi \varLambda }} \right.} $ in protonproton collisions at $ \sqrt{s}=7 $ TeV is presented. The data set, corresponding to an integrated luminosity of about 5 fb −1 , was recorded with the CMS experiment at the Large Hadron Collider using triggers that selected dimuon events in the J/ ψ mass region. The $ \Lambda_{\mathrm{b}}^0 $ lifetime is measured to be 1.503 ± 0.052 (stat.) ± 0.031 (syst.) ps.