Observational imprints from Loop Quantum Cosmology.

• Autores: Rita Barcelos Guerreiro Gonçalves Neves
• Directores de la Tesis: Javier Antonio Olmedo Nieto (dir. tes.), Mercedes Martín Benito (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2023
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Vestigios observacionales de Cosmología Cuántica de Lazos.
• Tribunal Calificador de la Tesis: Luis Javier Garay Elizondo (presid.), María del Prado Martín Moruno (secret.), Guillermo Antonio Mena Marugán (voc.), Mar Bastero Gil (voc.), David Brizuela Cieza (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física por la Universidad Complutense de Madrid
• Materias:
  • Física
    • Física teórica
      • Teoría cuántica de campos
      • Teoría de la relatividad
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
• Resumen

  • El modelo estándar de cosmología ignora la física preinflacionaria, ya que poco antes de inflación se produce la singularidad del big-bang. La cosmología Cuántica de Lazos (LQC) es una teoría prometedora de cosmología cuántica, que resuelve la singularidad inicial clásica en términos de un rebote cuántico que conecta una rama del Universo en contracción con otra en expansión. En este contexto, no está justificado que las fluctuaciones cuánticas alcancen el principio de inflación en el estado de vacío natural de cosmología estándar. De hecho, algunos modos podrían alcanzarlo en un estado excitado, lo que podría dejar huellas en sus espectros de potencia al final de inflación y, por tanto, en las observaciones del Fondo Cósmico de Microondas (CMB). El objetivo de esta tesis es buscar tales huellas de LQC en el CMB.

    Primeramente, exploramos la dinámica del fondo más allá de la dinámica efectiva de LQC que se suele adoptar aplicando un tratamiento perturbativo. Notablemente, concluimos que para estados semiclásicos con un perfil espectral gaussiano, la dinámica efectiva describe bien la dinámica cuántica.

    Para estudiar las perturbaciones cosmológicas, partimos de ecuaciones de movimiento corregidas cuánticamente obtenidas mediante la LQC híbrida, que se basan en la dinámica efectiva del fondo. Evolucionarlas requiere establecer condiciones iniciales, o equivalentemente elegir un estado de vacío para las perturbaciones. En esta tesis proponemos Estados de Baja Energía (SLEs) como vacíos viables de perturbaciones cosmológicas en LQC. Estos son estados que minimizan la densidad de energía cuando se promedian a lo largo de un periodo dado mediante una función test. Encontramos dos opciones naturales para la función test dentro de LQC. Los espectros de potencia resultantes al final de inflación son bastante insensibles a la forma exacta y al soporte de la función test, siempre que incluya el régimen de alta curvatura (es decir, el rebote). Estos estados producen espectros de potencia con supresión exponencial en los modos infrarrojos, así como aumento de potencia y oscilaciones en escalas intermedias. Si se desplaza el soporte de la función test fuera de este régimen, se obtienen espectros de potencia primordiales en los que el aumento de potencia y las oscilaciones desaparecen. Esto se aproxima a los espectros de potencia del vacío No Oscilatorio (NO), otra opción viable introducida previamente en LQC. Podemos concluir que las oscilaciones y el aumento de potencia son vestigios claros del rebote en los espectros de potencia primordiales en el contexto de los SLE.

    En última instancia, la comparación de observaciones con predicciones se centra en el CMB. Comenzamos con el espectro de potencia más simple obtenido con SLEs en LQC, es decir, el que es equivalente al espectro de potencia del vacío NO. Dejando libre la escala a la que se produce la supresión de potencia, realizamos un análisis de inferencia bayesiana. Esto nos permite restringir esta escala y concluir que los datos muestran una preferencia porque esté dentro de la ventana observable. En otras palabras, las observaciones son más compatibles con un espectro de potencias primordial con esta característica que con el del modelo estándar. Además, descubrimos que esta característica ayuda a aliviar las anomalías de supresión de potencia y «lensing» identificadas previamente en los datos. También investigamos la asimetría de paridad y concluimos que esta simple supresión de potencia en los espectros primordiales no afecta significativamente a esta anomalía.

    Finalmente, extendemos la construcción de SLEs a escenarios homogéneos genéricos. Enfocándonos en el efecto Schwinger, investigamos la elección de la función test y concluimos que en los régimenes de soportes pequeños y grandes los SLEs convergen a estados concretos. También investigamos el espectro de potencias y el número de partículas creadas, que son complementarios en la caracterización del vacío.