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Tesis > TEMA

Física [ 418 tesis ]

Cosmología [ 15 tesis ]

Paz, Juan Pablo. "Renormalización, vacío semiclásico y cosmologías autoconsistentes" (1987) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En esta tesis se discuten distintos aspectos relacionados con la teoría de campos en el espacio tiempo curvo (que es considerada, en general, como una aproximación semiclásica a una teoría mas completa que incluya los efectos cuánticos de la gravitación).En primer término, analizamos en detalle dos de sus aspectos mas conflictivos: el problema de la renormalización (necesaria para eliminar las cantidades divergentes que aparecen en toda teoría cuántica de campos) y el problema de la ambigüedad en la definición del estado de vacío. El problema de la renormalización es enfocado tanto al nivel de la acción efectiva (la que es calculada en la aproximación de un loop) como al nivel de las ecuaciones efectivas de campo (utilizamos en este caso el formalismo que permite trazar las ecuaciones para valores medios), Luego de presentar el método corriente de renormalización covariante (conocido coma renormalización de Hadamard) que da lugar a la aparición de términos anómalos en el valor de expectación de vacío del tensor de energía momento describimos un método que pese a que solo es aplicable en matrices conformemente planas, evita la aparición de la anomalía de traza.- Presentamos también un cálculo explícito del valor de expectación de vacío renormalizado de T (usando el método conocido con el nombre deregularización adiabática) para campos de espin arbitraria en el despacio de DeSitter. Relacionamos el problema de ambigüedad en la definición de vacío con el de la renormalización y encontramos cuales son los vínculos que aparecen sobre los estados de vacío si se impone que la teoría sea renormalizable. Por ultimo presentamos un método mediante el cual se puede estudiar consistentemente en el contexto de la teoría cuántica Que campos en el espacio tiempo curva, la importancia de los efectos cuánticos en cosmología (mediante el uso de las ecuaciones semiclásicas de Einstein). Para el caso de un campo escalar autointeractuante obtenemos la versión renormalizada de las ecuaciones semiclásicas de Einstein y de la que gobierna la ecuación del valor medio del campo. Comparamos las ecuaciones obtenidas con aquellas que se utilizan en los trabajos relacionados con el modelo del universo inflacionario y comprobamos que estas pueden obtenerse a partir de las nuestras haciendo ciertas aproximaciones (que no están explicitadas habitualmente en la literatura). Analizamos también las propiedades de algunas soluciones exactas de las ecuaciones semiclásicas de Einstein que se obtienen para teorías de campos sencillas (campos libres). En particular estudiamos las características de la solución de DeSitter y mostramos la posibilidad de que la topología del espacio tiempo pueda reaccionar sobre la geometría local a través de las ecuaciones semiclásicas.

El Hasi, Claudio. "Efectos no-lineales en cosmología clásica y cuántica." (1994) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Una de los rasgos salientes de la Teoría de la Relatividad General es que las ecuaciones que gobiernan el campo gravitatorio son de caracter no-lineal. Debido a que los sistemas no lineales presentan una gran riqueza de comportamiento, aplicaremos nociones de Teoría de Sistemas Dinámicos a situaciones donde analizar estos efectos se hace ineludible en el Universo Primitivo. Comenzaremos con el estudio de un Universo de Friedmann - Robertson - Walker acoplado a un campo escalar, real y masivo. Dividiremos el Hamiltoniano del sistema en una parte integrable más una perturbación, analizando los límites de estabilidad y la existencia de resonancias de la dinámica no perturbada. Calcularemos el Espectro de Exponentes de Lyapunov en las regiones regular y caótica del espacio de fases. Dado que la noción de Exponente de Lyapunov es dependiente de la noción de medida, implementaremos el método de las Secciones de Poincaré como confirmación, independiente, de la aparición de caos. Para ampliar nuestra bateria de ejemplos consideraremos un modelo más completo, incluyendo constante cosmológica y autointeracción del campo escalar. Estudiando la estabilidad lineal de la dinámica, confirmaremos la posible existencia de caos en estos modelos generalizados. Implementaremos el método de las curvas Frecuencia - Frecuencia como forma sistemática de hallar condiciones iniciales para construir las Secciones de Poincaré en un entorno de las regiones resonantes. Al considerar un modelo de mayor relevancia cosmológica, confirmaremos la validez del Principio de Calvicie Cósmica en el mismo y verificaremos la aparición de estructuras en el espacio de fases (cantoros e islas de estabilidad), debido a cuya existencia el comportamiento del sistema dista mucho de ser trivial. Incluiremos un modo no homogéneo al campo escalar, para estudiar la reacción de estos modelos a1 incrementarse el número de grados de libertad del sistema, mostraremos que los resultados obtenidos son compatibles con un proceso de Difusión de Arnold. En un modelo semiclásico y autoconsistente, del Universo Primitivo, estudiaremos el proceso de creación de partículas. Confirmaremos que el mismo se debe a la presencia de interacciones resonantes entre los distintos grados de libertad. Esto muestra la estrecha relación entre caos a nivel clásico y creación de particulas a nivel semiclásico y la importancia de las contribuciones no lineales como fuente de efectos no triviales en Cosmología

Lombardo, Fernando César. "Transición cuántico-clásica en teoría de campos" (1998) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En esta Tesis estudiamos el proceso de transición cuántico-clásica en teoría de campos. Extendiendo el formalismo de la funcional de influencia de Feynman y Vernon, estudiamos el proceso de pérdida de coherencia para campos autointeractuantes en espacios planos y para modelos de gravedad cuántica. En primer lugar, después de destacar los principales resultados para una partícula Browniana cuántica acoplada a un entorno de osciladores armónicos, consideramos una teoría de campos con autointeracción en el espacio de Minkowski. Calculamos una acción efectiva de granulado grueso integrando los modos del campos cuyas longitudes de onda sean menores que cierta longitud crítica. A partir de esta acción efectiva obtenemos la ecuación de evolución para la matriz densidad reducida. Calculamos los coeficientes de difusión de esta ecuación y analizamos el proceso de pérdida de coherencia para las longitudes de onda mayores que la crítica. Luego, con el objeto de analizar la formación de estructuras en modelos inflacionarios, generalizamos los resultados a campos acoplados conformemente a la métrica de de Sitter. Mostramos que la pérdida de coherencia es efectiva si la longitud de onda crítica es mayor que el radio de Hubble. Por otro lado, estudiamos el límite clásico en modelos de gravedad escalar-tensorial en dos dimensiones. Analizamos diferentes acoplamientos entre el campo dilatónico y el campo de materia. Discutimos el proceso de radiación de Hawking en los distintos modelos. A partir de un cálculo exacto de la funcional de influencia, estudiamos las condiciones bajo las cuales es posible que la pérdida de coherencia sea efectiva en métricas cosmológicas para asegurar la validez de la aproximación semiclásica. Finalmente estudiamos modelos en cuatro dimensiones donde campos masivos se acoplan a la geometria del espacio-tiempo de manera arbitraria. Calculamos las ecuaciones de Einstein-Langevin para estudiar el efecto de las fluctuaciones cuánticas inducidas por los campos de materia sobre la geometría clásica.

Abstract:
In this Thesis we study the quatum to classical transition process in the context of quantum field theory. Extending the influence functional formalism of Feynman and Vernon, we study the decoherence process for self-interacting quantum fields in flat space. We also use this formalism for arbitrary geometries to analyze the quantum to classical transition in quantum gravity. After summarizing the main results known for the quantum Brownian motion, we consider a self-interacting field theory in Minkowski spacetime. We compute a coarse grained effective action by integrating out the field modes with wavelength shorter than a critical value. From this effective action we obtain the evolution equation for the reduced density matrix (master equation). We compute the difflusion coefficients for this equation and analyze the decoherence induced on the long- wavelength modes. We generalize the results to the case of a conformally coupled scalar field in de Sitter spacetime. We show that the decoherence is effective as long as the critical wavelength is taken to be not shorter than the Hubble radius. On the other hand, we study the classical limit for scalar-tensorial models in two dimensions. We consider different couplings between the dilaton and the scalar field. We discuss the Hawking radiation process and, from an exact evaluation of the influence functional, we study the conditions by which decoherence ensures the validity of the semiclassical approximation in cosmological metrics. Finally we consider four dimensional models with massive scalar fields, arbitrary coupled to the geometry. We compute the Einstein-Langevin equations in order to study the effect of the fluctuations induced by the quantum fields on the classical geometry

Sforza, Daniel Marcelo. "Cuantificación de sistemas con covariancia general" (2000) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En esta tesis se estudia la cuantificación de sistemas con covariancia general. En el marco de los formalismos BRST y de cuantificación canónica de Dirac, se estudian modelos de dimensión finita que emulan la estructura de vínculos de la Relatividad General. Se comienza con el estudio de un sistema sujeto a un vínculo cuadrático en los momentos y un conjunto de vínculos lineales en los momentos (correspondientes respectivamente a los vínculos "super-Hamiltoniano" y de "supermomentos" de Relatividad General). El punto de partida es discernir que las contribuciones no hermíticas de los fantasmas a los vínculos de supermomento pueden leerse en términos del volumen natural inducido por los vínculos sobre las órbitas. Este volumen juega luego un papel fundamental en la construcción del sector cuadrático de la carga BRST nilpotente. A nivel cuántico, la teoría permanece invariante ante transformaciones de escala del vínculo super-Hamiltoniano. En el caso en que el sistema posee un tiempo intrínseco, esta propiedad se traduce en una contribución del potencial al término cinético. En este aspecto el resultado difiere sustancialmente del tratamiento usual, donde la invariancia ante transformaciones de escala se fuerza con la introducción de un acoplamiento con la curvatura. Dicha contribución lejos de ser antinatural, se justifica elegantemente a la luz del principio variacional de Jacobi. Luego, el tratamiento se extiende al caso de sistemas con tiempo extrínseco. En este caso, dado que la métrica posea un vector de Killing temporal conforme y el potencial se comporte de manera adecuada respecto al mismo, el rol jugado por el potencial en el caso con tiempo intrínseco aquí es tomado por el módulo del vector de Killing de la teoría. Finalmente, los resultados obtenidos se extienden para un sistema con dos vínculos super-Hamiltonianos. Este paso es sumamente importante ya que la Relatividad General posee una infinidad de tales vínculos, con un álgebra entre ellos no trivial.

Abstract:
In this Thesis it is studied the quantization of generally covariant systems. Finite dimensional models which mimic the constraint structure of Einstein's General Relativity theory are studied in the framework of BRST formalism and Dirac's canonical quantization. First, it is studied a system featuring a quadratic constraint in the momenta and a set of linear constraints in the momenta (the "super-Hamiltonian" and "supermomentum" constraints of General Relativity respectively). The starting point is to realize that the ghost contributions to the supermomentum constraint operators can be read in terms of the natural volume induced by the constraints in the orbits. This volume plays a fundamental role in the construction of the quadratic sector of the nilpotent BRST charge. It is shown that the quantum theory is invariant under scaling of the super-Hamiltonian constraint. As long as the system has an intrinsic time, this property translates in a contribution of the potential to the kinetic term. In this aspect, the results substantially differ from other works where the scaling invariance is forced by introducing a coupling to the curvature. The contribution of the potential, far from being unnatural, is beautifully justified in light of the Jacobi's principle. Then, it is shown that the obtained results can be extended to systems with extrinsic time. In this case, if the metric has a conformal temporal Killing vector and the potential exhibits a suitable behavior with respect to it, the role played by the potential in the case of intrinsic time is now played by the norm of the Killing vector. Finally, the results for the previous cases are extended to a system featuring two super- Hamiltonian constraints. This step is extremely important due to the fact that General Relativity features an infinite number of such constraints satisfying a non trivial algebra among themselves.

Kandus, Alejandra. "Origen y evolución de campos magnéticos asociados a las grandes estructuras cosmológicas" (2001) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En esta tésis presentamos un nuevo mecanismo de inducción de campo magnético primordial, con el objetivo de poder explicar la presencia y características de los campos magnéticos que se observan en galaxias y cúmulos de galaxias. Asumiendo que durante la etapa inflacionaria del universo existe un campo de materia cargado, el estado cuántico del campo cambia al producirse la transición de esa etapa a la siguiente, debido al cambio en la geometría del universo, dando lugar a la aparición de corrientes eléctricas estocásticas. Como el valor medio de las corrientes es cero, también lo serán los valores medios de los campos por ellas inducidos. Sin embargo fluctuaciones cuánticas y estadísticas respecto del valor medio de la corriente construyen varianzas no nulas. Esas varianzas son entonces fuente de campo electromagnético, que también se manifiesta a través de desviaciones respecto de la media. Calculamos el núcleo de ruido debido a las partículas creadas y lo usamos como fuente de las ecuaciones de Maxwell para la correspondiente función de dos puntos del campo magnético. Calculamos la intensidad inducida a escala galáctica, teniendo en cuenta de manera fenomenológica la conductividad finita del plasma en el cual se propaga el campo magnético. Para el caso de transición instantánea de inflación a radiación la intensidad resultante es muy pequeña. Para el caso en que la transición no sea instantánea, o sea el recalentamiento del universo tenga una cierta duración, el campo inducido podría tener intensidad suficiente como para explicar el campo galáctico. Además en este caso es posible enmarcar el mecanismo en el modelo supersimétrico de la física de partículas, ya que en él hay un campo de materia con las propiedades que requiere nuestro mecanismo, y además estos modelos predicen una baja tempertura de recalentamiento, lo que implicaría una menor disipación del campo inducido. Para estudiar el efecto de la conductividad de las propias fuentes de campo magnético sobre la intensidad final inducida, planteamos ecuaciones consistentes para la evolución del sistema de cargas y campo electromagnético durante las etapas tempranas del recalentamiento, utilizando técnicas apropiadas para estudiar sistemas de campos cuánticos fuera del equilibrio. Encontramos que las cargas creadas se comportan como un medio superconductor y por lo tanto el campo inducido es apantallado. En virtud de los resultados obtenidos, discutimos la validez del mecanismo estudiado.

Abstract:
In this thesis we present a new mechanism to induce primordial magnetic fields, aimed at explaining the existence and features of those fields in galaxies and clusters of galaxies. Asuming that during inflation there exists a charged matter field, the quantum state of the field changes when the transition from that epoch to the subsequent one occurs, due to the change in the geometry of the universe, giving rise to stochastic electric currents. As the mean value of the currents is zero, the same will happen to the mean values of the induced electromagnetic fields. However quantum and statistical fluctuations around the mean value of the current build non null variances. Those variances induce fields, which also manifest throught their rms deviations around the mean. We evaluated the noise kernel due to the created charges and used it as source in the Maxwell equations for the corresponding electromagnetic two point function. We estimated the induced intensity on a galactic scale, taking into account in a phenomenological way the finit electric conductivity of the primordial plasma through which the field propagates. For the case of instantaneous reheating of the universe the resulting intensity is too weak to account for the observed fields in galaxies. But if the reheating epoch has a certain duration, the induced fields are strong enough to seed further amplifying mechanisms that gave rise to the galactic fields. Besides, in this case we can frame the proposed mechanism in the supersymmetric version of the standard model of particle physics. It provides a candidate matter field with the required properties for our mechanism and also allows a low reheating temperature which in our case implies that the induced field will be less dissipated. To study the effect of the own sources of the magnetic field on its final intensity, we derived consistent equations to study the system of charges and field during the first stages of reheating. This derivation was done using specific techniques to study quantum fields out of equilibrium. We found that the created charges behave as a superconducting medium and hence screen the induced field. In view of all the results obtained, we discuss the usefulness of the proposed mechanism to acount for the observations.

Giribet, Gastón E.. "Teoría de Cuerdas sobre AdS3 X N" (2003) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Bengochea, Gabriel R.. "Modelos para la expansión acelerada del universo" (2009) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
El descubrimiento de una disminución inesperada en los flujos de energía provenientes de supernovas del tipo Ia ha abierto uno de los problemas más enigmáticos y profundos en la cosmología actual. Estas observaciones han si- do interpretadas como evidencia sólida de que la expansión actual del univer- so es acelerada por algo que genéricamente se ha denominado energía oscura. A pesar de que la constante cosmológica parece ser la explicación más sim- ple y más favorecida observacionalmente para el fenómeno de la aceleración, otros escenarios se han estado desarrollando desde el hallazgo en 1998. En esta Tesis se presenta, primeramente, un análisis de modelos elec- trodinámicos no lineales mediante lagrangianos de Born-Infeld aplicados a la propagación de un rayo de luz en un contexto cosmológico, en donde se halla una corrección a la distancia luminosa a una fuente puntual como una manera de estudiar posibles contribuciones al momento de realizar estas ob- servaciones para supernovas del tipo Ia; y en la segunda parte de este trabajo se realiza un repaso de los rasgos carácterísticos de las llamadas teorías f(R) y se presenta una nueva clase de teorías de gravedad modificada, a las que lla- mamos teorías f(LT ), para explicar la aceleración del universo recientemente detectada sin la necesidad de energía oscura. Esta clase de teorías surge a partir de una modificación del lagrangiano del equivalente Teleparalelo de la Relatividad General (TEGR), cuyas ecuaciones de movimiento son siempre de segundo orden en contraste con las ecuaciones de cuarto orden que la mayoría de las mencionadas teorías f(R) posee. Se muestra además que la solución cosmológica estudiada presenta las tres últimas fases cosmológicas esperadas, y a través de un análisis conjunto de datos provenientes de las observaciones más recientes de supernovas del tipo Ia, Radiación Cósmica de Fondo (CMB) y Oscilaciones Acústicas de Bariones (BAO), se ponen cotas para el valor del único parámetro adicional que poseen estas teorías.

Abstract:
The discovery of an unexpected diminution in the observed energy fluxes coming from type Ia supernovae has opened one of the most puzzling and deepest problems in cosmology today. These observations have been inter- preted as solid evidence for an accelerating universe dominated by something called dark energy. Although the cosmological constant seems to be the sim- plest explanation for the phenomenon, several dynamical scenarios have been tried out since 1998. In this Thesis we present, in first place, an analysis of non-linear electro- dynamic models by employing Born-Infeld type lagrangians. We obtain exact solutions of the Born-Infeld theory for electromagnetic plane waves propa- gating in the presence of static background fields. After that, we use these results to show how the luminosity distance to a point-like source such as type Ia supernovae is modified when a static magnetic background is present in an expanding universe. In second place, we carried out a review of the char- acteristic features of f(R) theories and we present a new class of modified gravity theories, namely f(LT ) theories, to explain the recently discovered acceleration of the universe without the need for dark energy. This class of theories arises from a modification of the teleparallel equivalent of general relativity (TEGR) whose field equations are always second order equations in contrast to the fourth-order equations that most of f(R) theories holds. It is also shown that the cosmological solution has the last three expected cosmological phases, and finally we perform a joint analysis with measure- ments of the most recet type Ia supernovae, baryon acoustic oscillation peak, and estimates of the cosmic microwave background shift parameter data to constrain the only new parameter this theory has.

Aiello, Matías. "Teorías de gravedad, propiedades termodinámicas e irreversibilidad" (2010) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En este trabajo estudiamos la termodinámica de las soluciones de agujero negro de la teoría de gravedad de Gauss-Bonnet, la cual incluye potencias de segundo orden en la curvatura, en los casos de vacío y en el caso de acoplamiento con cargas de teoría electromagnéticas no lineales, como las de Hoffmann-Infeld y Born-Infeld. Las soluciones que hemos obtenido presentan características diferentes a las soluciones ya conocidas de relatividad general. Analizamos el calor específico de las soluciones, mostrando que su comportamiento indica la existencia de un punto de transición en las soluciones de vacío. Discutimos también la similitud que existe entre la geometría en 5 dimensiones en Gauss-Bonnet con la solución en tres dimensiones del agujero negro BTZ. Al igual que estos, la solución de agujero negro en Gauss-Bonnet tiene un tiempo de vida infinito. En el caso cargado obtenemos un perfil de temperaturas con dos máximos, lo cual lleva a la existencia de un plateau en el tiempo de evaporación que indica una región de inestabilidad en una escala intermedia. Esta escala viene dada por el parámetro de Gauss-Bonnet y por el acoplamiento con la carga no-lineal. Verificamos también que los resultados para la termodinámica son consistentes con las leyes generalizadas de la termodinámica de agujeros negros en teorías covariantes de gravedad, como lo es la gravedad de Gauss-Bonnet. En particular, obtenemos la corrección a la fórmula de la entropía de la relatividad general que afirma que la misma es un cuarto del área del horizonte de eventos. Por otro lado, como estas teoría de gravedad son invariantes ante inversión temporal, contienen soluciones que son simétricas temporalmente una de la otra, formando parte de una larga lista de ejemplos donde esto ocurre. Especulamos sobre una manera de seleccionar a una de estas soluciones, de manera de tener una dirección de la flecha del tiempo definida en base a la propia teoría y a sus propiedades globales.

Abstract:
In this work we study the thermodynamical properties of the black hole solutions to Gauss-Bonnet gravity, which includes quadratic terms in the curvature, for the vacuum case and in the coupled case to Non-linear electro dynamics theories, such as Hoffmann-Infeld and Born-Infeld. The obtained solutions have different characteristics to the solutions of general relativity. We show that the behavior of the specific heat indicates the existence of a transition point in the vacuum solutions. We also discuss the similarities existing between this five-dimensional geometry and the three-dimensional black hole. Like BTZ black hole, the Gauss-Bonnet black hole has an infinite lifetime. In the charged case, some of these solutions present a double peak behavior. This behavior leads to the existence of a plateau in the evaporation rate, which implies that black holes of intermediate scales turn out to be un stable. The scale is given by the Gauss-Bonnet parameters and the non-linear coupling to electrodynamics. We verify that the obtained thermodynamical results are consistent with the generalized laws of black hole thermodynamics for any covariant theory of gravity, such as Gauss-Bonnet. In particular, we obtain the correction to the black hole entropy formula of general relativity that states that the entropy is a quarter of the event horizon area. On the other hand, because these theories are time reversal invariant, they contain time symmetric solutions, forming part of a long list of examples where this occurs. We speculate on a way to select one of these solutions, in order to have a time arrow direction defined on the basis of the theory itself and its global properties.

Tamashiro, Alejandro Andrés. "Espectro y composición de los rayos cósmicos en el rango de energía de la transición galáctica-extragaláctica" (2010) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
La atmósfera terrestre está siendo continuamente bombardeada por partículas que viajan a gran velocidad, las cuales contribuyen a la radiactividad observada en la superficie terrestre. A principios del siglo pasado, se pensó que esta radiación era originada por rayos gamma, ya que éstos constituían la radiación extraterrestre más energética y penetrante conocida en aquella época. Es por ello que los entes responsables de generar esta radiación fueron bautizados como “Rayos Cósmicos”. Hoy en día se sabe que la mayoría de estos rayos, son núcleos de átomos y sólo una pequeña porción son rayos gamma y electrones. Su espectro de energía se extiende a lo largo de once décadas desde 10 E9 eV hasta energías del orden de 10 E20 eV, energías mucho mayores a las alcanzadas por partículas en cualquier acelerador creado por el hombre. La zona de los rayos cósmicos con energías mayores a ~ 10 E 17 eV es objeto de estudio en la actualidad, debido a que todavía existen muchas preguntas sin responder acerca de su naturaleza, su composición química y espectro, los mecanismos que les permiten alcanzar energías macroscópicas, la ubicación y característica de los objetos astrofísicos donde se generan, su propagación a través del espacio, e inclusive cuestiones más trascendentales para la física, como su sección eficaz con nucléolos y fotones, temas aún cuestionados para estas energías tan elevadas. El Observatorio Pierre Auger es un experimento actualmente activo dedicado al estudio de los rayos cósmicos altamente energéticos, cuyo objetivo es brindar información destinada a responder los enigmas aún vigentes para estas energías. El observatorio fue originalmente diseñado para detectar rayos cósmicos aproximadamente mayores a 10 E18 eV. El flujo de los rayos cósmicos en este rango de energías es muy bajo (aproximadamente menor a una partícula/Km2 /sr/año). Es por ello que se planificó que el área de colección del Observatorio Pierre Auger alcance los 6000 Km2, para poder disponer de una cantidad de eventos con una estadística sin precedentes en este rango de energías. La característica distintiva de este observatorio es la de ser híbrido, disponiendo de dos tipos de detectores: el detector de telescopios de Fluorescencia y el arreglo de estaciones Cherenkov de Superficie, que le permite registrar el desarrollo longitudinal y las partículas al nivel de la superficie terrestre respectivamente, pertenecientes a la lluvia de partículas generadas por los rayos cósmicos en la atmósfera terrestre. El Observatorio Pierre Auger consta de un sitio en el hemisferio sur y otro en el norte. El Observatorio norte está en la fase de investigación y desarrollo y será construido en Larmar en el estado de Colorado en Estados Unidos. El observatorio sur se ubica en el departamento de Malargüe en la provincia de Mendoza y está formado por un arreglo triangular de 1600 estaciones Cherenkov de superficies espaciadas a 1500 metros, cubriendo un área de 3000 Km2, y por 24 telescopios de fluorescencia apuntando hacia el interior del arreglo de superficie distribuidos en cuatro emplazamientos en su perisferia. La etapa de construcción del Observatorio sur ha finalizado y ahora se encuentra en una etapa de incorporación de extensiones para bajar el umbral de detección a energías del orden del ~ 10 E17 eV, con el fin de poder estudiar la zona del espectro de energía donde existe una gran riqueza física, ya que se supone se encuentra la transición galáctica-extragaláctica del origen de los rayos cósmicos. Las extensiones mencionadas son dos, AMIGA y HEAT. La primera consiste en agregar dos nuevos arreglos más pequeños de estaciones de superficie con espaciamientos de 433 metros y 750 metros. La segunda de las extensiones ya está en funcionamiento y consiste en el agregado de tres telescopios de fluorescencia apuntando a la parte más alta del desarrollo de las lluvias atmosféricas. Las estaciones Cherenkov de los nuevos arreglos estarán acompañadas por contadores de muones que serán enterrados a sus lados. Esto permitirá medir directamente la componente muónica de las lluvias, información que será destinada a realizar estudios de composición del rayo cósmico primario. La calibración del Observatorio es fundamental para obtener el espectro de energía de los rayos cósmicos detectados. Durante mi tesis doctoral he trabajado en la calibración tanto de los detectores de fluorescencia como así también de las estaciones Cherenkov de superficie. La calibración absoluta del detector de fluorescencia consiste en excitar cada uno de los telescopios mediante una fuente de luz artificial extensa que se coloca sobre su apertura. He caracterizado esta fuente determinando el grado de uniformidad de su emisión de luz. Mediante el desarrollo de una simulación de trazado de rayos he estudiado los efectos de la desviación respecto de la emisión perfectamente uniforme y he desarrollado un método para corregir estos efectos. La calibración del detector de superficie se realiza utilizando la información de las señales generadas por los muones atmosféricos de fondo. Para ello he participado en estudios que utilizan cálculos de Monte Carlo y semi-analíticos para reproducir y entender estas señales. Explotando la característica híbrida del Observatorio Pierre Auger he desarrollado un método para obtener la aceptancia del detector de superficie a través de la utilización de datos reales del detector de fluorescencia, como alternativa a los métodos tradicionales que se basan en resultados obtenidos a través de simulaciones numéricas, las cuales dependen de los modelos de interacción hadrónica adoptados. Las simulaciones del proceso de adquisición y reconstrucción de los eventos producidos por los rayos cósmicos involucran: la generación de la lluvia, la respuesta de los instrumentos del observatorio, y la reconstrucción de los parámetros del evento. Disponer de una cadena de simulación y reconstrucción de los eventos es fundamental para entender y evaluar el comportamiento del Observatorio. Por ello implementé una simulación completa del Observatorio, que contempla los telescopios de HEAT, las estaciones del nuevo arreglo AMIGA, y la propagación de las partículas a través de la tierra hasta llegar a la profundidad de los contadores de muones. Los estudios realizados con este programa de simulación han contribuido con la etapa de investigación y desarrollo de los contadores de muones de la extensión AMIGA, proporcionando información para la determinación del lugar óptimo para la instalación de los nuevos arreglos de superficie, como así también para determinar a que profundidad deben ser enterrados los contadores de muones. Finalmente he realizado un estudio para determinar los observables más relevantes para la discriminación de la composición de los rayos cósmicos, basados en técnicas del análisis estadístico multivariado y del ámbito de la inteligencia artificial, hasta ahora no muy difundidos en el campo de la astrofísica. Con este análisis pude evaluar la importancia de los observables aportados por distintos tipos de detectores, el de fluorescencia, el de superficie y los contadores de muones, a la hora de distinguir la composición química del rayo cósmico primario.

Forte, Mónica. "Escenarios cosmológicos en expansión acelerada" (2011) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Estudiamos escenarios de expansión acelerada en cosmologías de Bianchi I(BI) y Friedmann-Robertson-Walker (FRW) con distintos componentes. En la métrica de BI encontramos modelos de universos con K esencia que disipaban la anisotropía primordial y modelos que eludían la singularidad inicial. Encontramos soluciones exactas para diversas fuentes y vimos que la K esencia impulsada por un potencial cuadrá́tico inverso y la quintaesencia impulsada por un potencial exponencial compartían la misma geometría. En la métrica de FRW, la K esencia permitió construir modelos que interpolaban entre una era dominada por materia oscura, y una era de expansión acelerada. Introdujimos el N-quintom que generalizaba el quintom construido con quintaesencia y campo fantasma. Estudiamos la dualidad, la estabilidad de las soluciones ley de potencias y obtuvimos la solución general del N-quintom impulsado por un potencial exponencial. Para otros potenciales investigamos modelos en espacios internos bi y tridimensionales. Asociamos una representación escalar a un sistema de dos fluidos interactivos que modificó la ecuación de Friedmann, denominada “quintaesencia exótica”. Ajustamos estadísticamente los par ́metros del modelo exótico, estimamos cuando el universo comenzaba a acelerarse, calculamos su edad, estudiamos las perturbaciones lineales y encontramos la solución general con tres fluidos. Finalmente, analizamos modelos con materia barió́nica conservada y con interacciones del sector oscuro limitadas a cocientes asintóticamente estables de las densidades de energía oscuras.

Abstract:
In this thesis we study cosmological scenarios in the metrics of Bianchi I (BI) and Friedmann-Robertson-Walker (FRW) with different contents. In the BI metric we investigate a universe with K essence and find some models that dissipate the primary anisotropy and others that avoid the initial singularity. We find exact solutions with various sources and find that the K essence driven by an inverse square potential and a quintessence driven by exponential potential share the same geometry. In the FRW metric we see that the K essence allows us to build transient models representing universes that interpolate between a non-accelerated expansion era dominated by dark matter, and a stage of accelerated expansion, dominated by dark energy. Alternatively, we introduce the N-quintom model with an internal structure that generalizes different realizations of quintom based on quintessence and ghost fields. We study the duality and show that the power-law type solutions are stable when the N-quintom is driven by an exponential potential, for which we obtain the general solution. Also, we consider models with other potentials and solve for the two and three-dimensional internal spaces. We present the problem of interacting fluids and define a scalar representation of the interaction called ”exotic quintessence”. This led us to a modified Friedmann equation with which we model a universe with baryonic matter, dark matter and dark energy contents. We made statistical adjustment of the parameters of this exotic model. In addition to this, we calculated the age of the universe and the redshift when it begins to accelerate, and also made a study of linear perturbations. Moreover we exactly solve the modified Einstein equation obtained in the exotic case with three fluids. Finally, we analyze models with conserved baryonic matter and dark matter in interaction with dark energy, where interaction is limited to produce ratios of energy densities of both dark components, asymptotically stable.

Baron, Walter Helmut. "Cuerdas y D-branas en espacio-tiempos curvos" (2012) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En esta tesis estudiamos el modelo AdS3 Wess-Zumino-Novikov-Witten. Calculamos la Expansión en Producto de Operadores de campos primarios y de sus imágenes bajo el automorfismo de flujo espectral en todos los sectores del modelo considerado como una rotación de Wick del modelo coset H3+ . Argumentamos que las simetrías afines del álgebra requieren un truncado que determina la clausura de las reglas de fusión del espacio de Hilbert. Estos resultados son luego utilizados para discutir la factorización de las funciones de cuatro puntos con la ayuda del formalismo conocido como bootstrap.También realizamos un estudio de las propiedades modulares del modelo. Los caracteres sobre el toro Euclídeo divergen de una manera poco controlable. La regularización propuesta en la literatura es poco satisfactoria pues elimina información del espectro y se pierde así la relación uno a uno entre caracteres y representaciones del ́álgebra de simetría que forman el espectro. Proponemos estudiar entonces los caracteres definidos sobre el toro Lorentziano los cuales están perfectamente definidos sobre el espacio de funcionales lineales, recuperando así la biyección entre caracteres y representaciones. Luego obtenemos las transformaciones modulares generalizadas y las utilizamos para estudiar la conexión con los correladores que determinan los acoplamientos a las branas simétricas en tal espacio de fondo, obteniendo que en los casos particulares de branas puntuales o dS2 branas se recuperan resultados típicos de Teoría de Campos Conformes Racionales como soluciones tipo Cardy o fórmulas tipo Verlinde.

Abstract:
In this thesis we study the AdS3 Wess-Zumino-Novikov-Witten model. We compute the Operator Product Expansion of primary fields as well as their images under the spectral flow automorphism in all sectors of the model by considering it as a Wick rotation of the H3+ coset model. We argue that the symmetries of the affine algebra require a truncation which establishes the closure of the fusion rules on the Hilbert space of the theory. These results are then used to discuss the factorization of four point functions by applying the bootstrap approach. We also study the modular properties of the model. Although the Euclidean partition function is modular invariant, the characters on the Euclidean torus diverge and the regularization proposed in the literature removes information on the spectrum, so that the usual one to one map between characters and representations of rational models is lost. Reconsidering the characters defined on the Lorentzian torus and focusing on their structure as distributions, we obtain expressions that recover those properties. We then study their generalized modular properties and use them to discuss the relation between modular data and one point functions associated to symmetric D-branes, generalizing some results from Rational Conformal Field Theories in the particular cases of point like and dS2 branes, such as Cardy type solutions or Verlinde like formulas

Guardincerri, Yann. "Medicion del flujo de neutrinos cósmicos ultra enérgeticos con el detector de superficie del Observatorio Pierre Auger" (2013) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
El Detector de Superficie del Observatorio Pierre Auger es sensible a tau neutrinos que cruzan la Tierra de forma rasante interactuando en su corteza. Los leptones tau que surgen de las interacciones via corriente cargada pueden emerger de la Tierra y decaer en la atmósfera produciendo lluvias de partículas casi horizontales que contienen una componente electromagnética significativa. En esta tesis se diseñan técnicas de reconstrucción y de identificación que permiten distinguir estas lluvias de las producidas por rayos cósmicos iniciados por protones o núcleos de hierro, usando como observable la estructura temporal de las señales que se detectan en los detectores de agua que miden radiación de Cherenkov. Se describe el procedimiento de búsqueda de neutrinos, el método desarrollado para calcular la exposición del observatorio y las incertezas sistemáticas asociadas. Ningún candidato a neutrino fue encontrado en los datos adquiridos entre 1 de Enero del 2004 hasta 31 de Diciembre del 2012. Asumiendo un flujo diferencial ɸ(Ev) = k*Ev-2, se fija un límite superior con un nivel de confianza del 90% al flujo difuso de neutrinos de todos los sabores de k < 5 * 10ˉ8 GeV cmˉ² sˉ¹ srˉ¹ en el intervalo de energías de 10^17 eV a 10^19.1 eV. Se testean modelos astrofísicos concretos de producción de neutrinos, y se derivan límites a flujos de fuentes puntuales en función de su declinación.

Abstract:
The Surface Detector of the Pierre Auger Observatory is sensitive to Earth-skimming tau neutrinos that interact in Earth's crust. Tau leptons from charged-current interactions can emerge and decay in the atmosphere to produce a nearly horizontal shower with a significant electromagnetic component. In this thesis techniques are developed to reconstruct and distinguish these showers from the ones produced by regular hadronic cosmic rays by the broad time structure of the signals in the water- Cherenkov detectors. The neutrino search procedure, the method to compute the observatory exposure and the associated systematic uncertainties are described. No neutrino candidate has been found in data collected from 1 January 2004 to 31 December 2012. Assuming a differential flux ɸ(Ev) = k*Evˉ² in the energy range from 10^17 eV-10^19.1 eV, we place a 90% CL upper limit on the all flavour neutrino diffuse flux of k < 5 * 10^-8 GeV cmˉ² sˉ¹ srˉ¹. Concrete astrophysical neutrino models are tested and limits to point-like source fluxes are derived as a function of declination.

Sánchez García, Iván Eduardo. "Soluciones de Einstein de materia y energía oscura asintóticamente de Sitter" (2015-03-25) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En esta tesis, se han investigado modelos cosmológicos con y sin interacción en el sector oscuro, en la métrica espacialmente plana de Friedmann- Robertson-Walker. En primer lugar, se ha trabajado con un grupo de transformaciones de simetría interna, que preserva la forma de las ecuaciones de Einstein, y que permiten relacionar magnitudes características de un fluido, como su densidad de energía y presión, con magnitudes geométricas como la tasa de expansión. Hemos utilizado estas transformaciones para construir cosmologías de taquiones fantasmas y complementarios a partir de taquiones estándar. Es decir, las transformaciones de invariancia de forma (TIF) generan nuevas cosmologías a partir de una conocida, que denominaremos "semilla"; en particular aplicamos las TIF al taquión ordinario y se obtuvieron dos especies de taquiones conocidos, como el taquión fantasma y el complementario. Hemos mostrado que las TIF nos permiten pasar de una cosmología no estable a una estable y vice versa. Además, hemos aplicado estas transformaciones, a modo de ejemplo, a un potencial que va como el inverso del campo al cuadrado, V ∝ ∅² y generado todo el campo de taquiones extendidos. También, calculamos el espectro de potencia del campo gravitatorio para un tipo particular de taquión con constante cosmológica y lo comparamos con el modelo ΛCDM. Hemos encontrado, que el espectro de potencias del taquión estándar con constante cosmológica, difiere en varios órdenes de magnitud con el modelo de concordancia. En el caso del campo de taquiones complementario con constante, coincide con dicho modelo cuando el índice barotrópico toma el valor γ0= 1,91. Por otro lado, hemos considerado dos modelos, en donde interactúan materia y energía oscura, más un término de radiación y otro de bariones desacoplados. Hallamos la densidad de energía del sector oscuro y la densidad de energía total en función del corrimiento al rojo z. Hemos aplicado el método estadístico de Χ² a la base de datos de la función Hubble para restringir los parámetros del modelo y analizar su validez, comparando ambos modelos con el modelo ΛCDM. También, incluimos el término de radiación desacoplado para analizar el comportamiento de la energía oscura de los modelos, en la era de recombinación, y examinar su cantidad en la época dominada por la radiación. Hemos obtenido que los modelos satisfacen la estricta cota Ωx(z ≈ 1100) < 0;009 a 2σ, por lo que son consistentes con los análisis recientes, de las mediciones de anisotropía de la radiación cósmica de fondo (RCF), hechos por Planck. Además, son consistentes con las futuras cotas que podrían alcanzarse con los experimentos Euclid y CMBPol. Ambos modelos también cumplen la severa cota Ωz(z ≈ 10¹°) < 0,04 a 2σ de la época de nucleosíntesis del "Big Bang". También, se estimó la edad actual del universo y se examinó el problema de la edad cósmica, a grandes corrimientos al rojo, asociado con el antiguo quasar APM 08279 + 5255.

Abstract:
In this thesis, we have investigated certain cosmological models with and without interaction in the dark sector, considering a spatially at metric of Friedmann-Robertson-Walker type. First we illustrated how form-invariance transformations (FITs) can be used to construct phantom and complementary tachyon cosmologies from standard tachyon field universes. We show how these transformations act on the Hubble expansion rate, and the energy density and pressure of the tachyon field. Then we use the FIT to generate three different families of the tachyon field. In other words, the FIT generates new cosmologies from a known seed" one; in particular, we apply the FIT to the ordinary tachyon field to obtain two types of tachyon species, denoted as the phantom and complementary tachyons. We see that the FIT allows us to pass from a nonstable cosmology to a stable one and vice versa. Finally, as an example, we apply the transformations to an inverse-square potential, V ∝ ∅², and we are able to generate the extended tachyon field. In addition, we use the power spectrum of the gravitational potential to compare a particular tachyon field with a cosmological constant model, for different barotropic indexes γ0, with the well studied ΛCDM model. For this purpose we solve the differential equation that describes the perturbations numerically and plot the power spectrum at a = 1 for each case. We find that the power spectrum of the standard tachyon field differs in many magnitude orders from the ΛCDM. Nevertheless the one with γ0= 1,91, which corresponds to a complementary tachyon field, coincides with the concordance model. Therefore, we conclude that this is a effective method to distinguish between the different γ0 values for the tachionization ΛCDM model and the fiducial model. On the other hand, we investigate two cosmological scenarios with two interacting components, dark matter and variable vacuum energy (VVE) densities, plus two decoupled components, one is a baryon term while the other behaves as a radiation component, and compare these models with the ΛCDM model. We consider a linear interaction in the derivative dark component density. We apply the Χ² method to the observational Hubble data for constraining the cosmological parameters and analyze the amount of dark energy in the radiation era for the models. It turns out that our models fulfills the severe bound of Ωx(z ≈ 1100) < 0;009 at 2σ level, so is consistent with the recent analysis that includes cosmic microwave background anisotropy measurements from Planck survey, the future constraints achievable by Euclid and CMBPol experiments, reported for the behavior of the dark energy at early times, and fulfills the stringent bound Ωz(z ≈ 10¹°) < 0,04 at 2σ level in the big-bang nucleosynthesis epoch. We also examine the cosmic age problem at high redshift associated with the old quasar APM 08279+5255 and estimate the age of the universe today for each model.

Sendra, Carlos Maximiliano. "Modelos cosmológicos, agujeros negros y lentes gravitatorias" (2015-12-17) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En la presente Tesis, se estudian agujeros negros no rotantes y con simetría esférica como lentes gravitatorias, en el contexto de diferentes modelos cosmológicos. Cuando un agujero negro se encuentra entre una fuente puntual y un observador, además de las imágenes primaria y secundaria, se forman dos conjuntos infinitos de imágenes, denominadas relativistas. Para realizar un estudio analítico se obtiene, en términos de los parámetros característicos de cada geometría, el ángulo de deflexión en los límites de deflexión débil y fuerte. El primero consiste en una aproximación de dicho ángulo a primer orden en la inversa de la coordenada radial con centro en la lente y corresponde al caso en que la luz se deflecta lejos de la esfera de fotones del agujero negro, dando lugar a las imágenes primaria y secundaria. El segundo es utilizado para estudiar el caso en que los rayos de luz pasan lo suficientemente cerca de la esfera de fotones, de modo que efectúan una o más vueltas (en cualquier sentido) alrededor del agujero negro antes de emerger y llegar al observador, produciéndose de este modo las imágenes relativistas. El ángulo de deflexión se calcula en este caso mediante una aproximación asintótica de tipo logarítmico que diverge en el radio de la esfera de fotones. A partir del ángulo de deflexión aproximado, se encuentran las posiciones y magnificaciones de las imágenes de manera analítica. En esta Tesis, utilizando los límites mencionados, se estudia en primer lugar un agujero negro sin masa en cosmologías con dimensiones extra en el marco del modelo de Randall-Sundrum tipo II. Luego, se considera una solución de agujeros negros regulares con un campo fantasma. Finalmente, se analiza una clase de agujeros negros cargados en gravedad escalar-tensorial. Los distintos campos que aparecen en estos últimos dos casos fueron propuestos originalmente con el fin de modelar la energía oscura. Se efectúan comparaciones con otras geometrías de interés y se presenta el caso del agujero negro supermasivo del centro galáctico.

Abstract:
In the present Thesis, non-rotating and spherically symmetric black holes are studied as gravitational lenses, in the context of different cosmological models. When a black hole is situated between a point source and an observer, besides the usual primary and secondary images, two infinite sets of relativistic images are formed. In order to carry out an analytical study, the deflection angle is obtained in terms of the characteristic parameters of each geometry in the weak and strong deflection limits. The first one corresponds to a first order expansion of the deflection angle in the inverse of the radial coordinate centered on the lens, and it is performed for the case in which the light rays pass far from the photon sphere of the black hole, giving place to the primary and secondary images. The second one is used to study the situation in which the light rays pass close enough to the photon sphere, so that they perform one or more loops (in either way) around the black hole, before they emerge to the observer, producing the relativistic images. In this case, the deflection angle is obtained by an asymptotical logarithmic approximation which diverges at the radius of the photon sphere. The positions and the magnifications of the images are found analytically from the approximated deflection angle. In this Thesis, using the above mentioned limits, massless black holes in the Randall- Sundrum type II braneworld scenario are studied firstly. Then, a regular phantom black hole solution is considered. Finally, a class of static and spherically symmetric charged black holes in scalar-tensor gravity is analyzed. The different fields appearing in the latter two cases were originally proposed in order to model dark energy. The results obtained are compared with other geometries of interest and the case corresponding to the galactic center supermassive black hole is presented.

Trombetta, Leonardo Giuliano. "Efectos cuánticos en modelos cosmológicos inflacionarios" (2016-03-29) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
La expansión del universo durante la etapa in acionaria puede ser descripta en una primera aproximación con la métrica de De Sitter. El cálculo de las funciones de correlación cuánticas de los campos en esta geometría es importante para contrastar los modelos con las observaciones de precisión del fondo cósmico de microondas. En el caso de campos muy livianos comparados con la curvatura del espacio tiempo, estos cálculos estan plagados con efectos infrarrojos, los cuales podrían estar indicando una falla en la teoría de perturbaciones. En este sentido, algunos cálculos no perturbativos han mostrado que las interacciones generan una masa dinámica, que tiene el efecto de regular las posibles divergencias infrarrojas. En esta tesis se estudian algunos aspectos de la teoría cuántica de campos en De Sitter mediante diversos métodos no perturbativos, con el objetivo de comprender los efectos infrarrojos asociados a campos livianos o no masivos en el universo temprano. Por un lado se considera la Acción Efectiva de dos partículas Irreducible (2PIEA) en la aproximación de Hartree, que si bien es exacta en el límite de N grande para un modelo con simetría O(N), para un número finito de campos deja de ser completamente consistente. Para recuperar en parte algunas propiedades de la 2PIEA exacta, se deben imponen ciertas relaciones de consistencia en el proceso de renormalización, lo cual afecta las partes finitas de los contratérminos. Se ha prestado particular atención a este proceso, generalizándolo a espacios curvos para obtener las ecuaciones de evolución del valor medio del campo renormalizadas. Se estudió el potencial efectivo en la aproximación de Hartree, buscando las condiciones para la existencia de soluciones con ruptura espontánea de simetría. Resultados previos en la literatura muestran que estas soluciones no existen en el límite de N grande, así como tampoco para N finito con el esquema de renormalización usual. Por otro lado, adoptando la renormalización consistente, se encuentran soluciones con ruptura de simetría, cuya existencia sin embargo depende del punto de renormalización. Luego, se consideraron las ecuaciones de Einstein Semiclásicas en la aproximación de Hartree, renormalizándolas con el método consistente. Se buscaron soluciones autoconsistentes de éstas ecuaciones en combinación con las ecuaciones del campo, estudiando si el efecto de los campos sobre la curvatura puede generar o no una restauración de la simetría. En particular se encontraron soluciones donde los efectos cuánticos son los responsables de la expansión acelerada del universo, en ausencia de constante cosmológica. Estos resultados también dependen del punto de renormalización. Otro método no perturbativo muy poderoso proviene de formular la Teoría de Campos en el espacio De Sitter Euclídeo, el cual tiene la propiedad de ser compacto. Debido a esto, el campo admite una descomposición en modos discreta que pone en evidencia que las divergencias infrarrojas provienen de las contribuciones del modo constante, o modo cero. Es posible formular una teoría sin problemas infrarrojos tratando no perturbativamente al modo cero, y de manera perturbativa a los modos inhomogéneos. Las correcciones provenientes de éstos últimos son de orden superior en una expansión infrarroja. Consideramos la generalización de esta formulación a la teoría con simetría O(N), calculando la masa dinámica y el potencial efectivo. Esto permite realizar una comparación adecuada con los resultados provenientes de la 2PIEA donde el límite de N grande permite obtener resultados más confiables.

Abstract:
The expansion of the Universe during the inflationary stage can be described, as a first approximation, with the De Sitter metric. It is important to calculate quantum correlation functions of fields living in this geometry in order to compare the different models with the high-precision observations of the Cosmic Microwave Background. For light fields compared to the space-time curvature, these calculations are plagued by infrared effects, which might be an indication of the breakdown of perturbation theory. In this regard, some non-perturbative calculations have shown that a mass is dynamically generated by the interactions, effectively regulating the possible infrared divergences. In this thesis, we study some aspects of the Quantum Field Theory in De Sitter space by means of non-perturbative methods, with the goal of better understanding the infrared effects associated with light and massless fields in the early Universe. On the one hand, we considered the Two-Particle Irreductible Effective Action (2PIEA) in the Hartree approximation, which, although being exact in the large-N limit of a model with O(N) symmetry, in the case of a finite number of fields it is no longer fully consistent. In order to partially recover some properties of the exact 2PIEA, some consistency conditions must be imposed on the renormalization procedure, which in turn affects the finite parts of the counterterms. We focused on this process, generalizing it to curved backgrounds in order to find the renormalized evolution equation for the mean value of the field. We studied the Effective Potential, looking for the conditions for the existence of spontaneous-symmetry- breaking solutions. Previous results in the literature show that there are no such solutions in the large-N limit, as well as for finite N under the usual renormalization scheme. Nevertheless, we found that these solutions can exist when adopting the consistent renormalization scheme, although their existence is dependent on the renormalization point. Then we studied the Einstein Semiclassical Equations in the Hartree approximation with the consistent renormali- zation procedure. We looked for self-consistent solutions of these equations together with the field equations, studying whether the quantum effects over the space-time curvature can induce a symmetry restoration or not. In particular, we found some solutions where the quantum effects are solely responsible for the accelerated expansion of the Universe, without the presence of a Cosmological Constant. This results are also dependent on the renormalization point chosen. Another very powerful non-perturbative method comes from the formulation of the Quantum Field Theory in euclidean De Sitter space, which has the characteristic property of being compact. Due to this, the field has a discrete mode decomposition which allows to identify the contributions of the constant -or zero- mode, as the origin of the infrared divergences. It is then possible to formulate a theory with no infrared problems by treating the zero mode non-perturbatively, while dealing with the inhomogeneous modes perturbatively. The corrections coming from the latter are of higher order in an infrared expansion. We considered the generalization of this formulation to a model with O(N) symmetry, calculating the dynamical mass and the Effective Potential. This allows for a comparison with the results obtained with the 2PIEA, for which the large-N limit is needed for the results to be trusted.

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