Publicação
Particle production in inflationary cosmology
| Resumo: | Nesta tese, investigamos a dinâmica e a fenomenologia associadas às interações entre o inflatão e outros graus de liberdade durante uma época de expansão acelerada. Em particular, consideramos mecanismos de produção de partículas que resultam em cenários alternativos para realizar inflação e que geram matéria escura. Começamos por mostra rque é possível realizar inflação quente no regime de altas temperaturas através da dissipação gerada entre o inflatão e um único grau de liberdade fermiónico, dado que o grau fermiónico tem uma massa oscilatória em função do valor do campo do inflatão. Demonstramos que, apesar do parâmetro de slow-roll eta apresentar oscilações de grande amplitude, o efeito médio dessas oscilações são suficientemente suprimidas para que o campo siga a trajetória de slow-roll. A presença destas oscilações induz um regime de ressonância paramétrica onde as perturbações do inflatão são amplificadas, mas que não tem qualquer efeito relevante às escalas do CMB no intervalo paramétrico de interesse. De seguida, construímos um model inflacionário de três estágios diferentes. Cada estágio contém um campo escalar, dando na totalidade três campos escalares, em que cada um irá realizar inflação por um mecanismo distinto. A cronologia inflacionária segue a ordem: inflação fria, inflação quente e inflação térmica. Durante o estágio intermédio de inflação quente, as perturbações de curvatura geradas são suficientemente grandes para gerarem buracos negros primordiais. Estes buracos negros primordiais podem estar no intervalo de massas de asteróides onde podem ser a matéria escura na sua totalidade. Finalmente, investigamos o efeito de Schwinger em espaço curvo. Começamos por calcular e renormalizar a corrente de Schwinger num espaço puro de de Sitter para um campo elétrico clássico e constante. Através do nosso procedimento de renormalização, alguns dos problemas presentes na literatura, como condutividades negativas, já não estão presentes. Com estes resultados, construímos um modelo que gera a totalidade da matéria escura através do efeito de Schwinger, para uma vasta gama de massas para os bosões e fermiões. |
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| Autores principais: | Ferraz, Paulo Bernardo Figueira da Silva |
| Assunto: | Cosmologia Física de Partículas Gravitação Inflação Universo Primordial Cosmology Early Universe Gravitation Inflation Particle Physics |
| Ano: | 2025 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade de Coimbra |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | Estudo Geral - Universidade de Coimbra |
| Resumo: | Nesta tese, investigamos a dinâmica e a fenomenologia associadas às interações entre o inflatão e outros graus de liberdade durante uma época de expansão acelerada. Em particular, consideramos mecanismos de produção de partículas que resultam em cenários alternativos para realizar inflação e que geram matéria escura. Começamos por mostra rque é possível realizar inflação quente no regime de altas temperaturas através da dissipação gerada entre o inflatão e um único grau de liberdade fermiónico, dado que o grau fermiónico tem uma massa oscilatória em função do valor do campo do inflatão. Demonstramos que, apesar do parâmetro de slow-roll eta apresentar oscilações de grande amplitude, o efeito médio dessas oscilações são suficientemente suprimidas para que o campo siga a trajetória de slow-roll. A presença destas oscilações induz um regime de ressonância paramétrica onde as perturbações do inflatão são amplificadas, mas que não tem qualquer efeito relevante às escalas do CMB no intervalo paramétrico de interesse. De seguida, construímos um model inflacionário de três estágios diferentes. Cada estágio contém um campo escalar, dando na totalidade três campos escalares, em que cada um irá realizar inflação por um mecanismo distinto. A cronologia inflacionária segue a ordem: inflação fria, inflação quente e inflação térmica. Durante o estágio intermédio de inflação quente, as perturbações de curvatura geradas são suficientemente grandes para gerarem buracos negros primordiais. Estes buracos negros primordiais podem estar no intervalo de massas de asteróides onde podem ser a matéria escura na sua totalidade. Finalmente, investigamos o efeito de Schwinger em espaço curvo. Começamos por calcular e renormalizar a corrente de Schwinger num espaço puro de de Sitter para um campo elétrico clássico e constante. Através do nosso procedimento de renormalização, alguns dos problemas presentes na literatura, como condutividades negativas, já não estão presentes. Com estes resultados, construímos um modelo que gera a totalidade da matéria escura através do efeito de Schwinger, para uma vasta gama de massas para os bosões e fermiões. |
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