Παρακαλώ χρησιμοποιήστε αυτό το αναγνωριστικό για να παραπέμψετε ή να δημιουργήσετε σύνδεσμο προς αυτό το τεκμήριο:
https://hdl.handle.net/123456789/1141| Τύπος: | Διδακτορική διατριβή |
| Τίτλος: | Unifying the origins of baryon asymmetry and dark matter through freeze-in |
| Εναλλακτικός τίτλος: | Ενοποιώντας την προέλευση της βαρυονικής ασυμμετρίας και της σκοτεινής ύλης μέσω του μηχανισμού freeze-in |
| Συγγραφέας: | [EL] Παπαχρήστου, Παντελής[EN] Papachristou, Pantelis |
| Επιβλέπων διατριβής: | [EL] Σπανός, Βασίλειος[EN] Spanos, Vassilis |
| Συμβουλευτική επιτροπή: | [EL] Τετράδης, Νικόλαος[EN] Tetradis, Nikolaos [EL] Κεχαγιάς, Αλέξανδρος[EN] Kehagias, Alexandros |
| Μέλος εξεταστικής επιτροπής: | [EL] Σφέτσος, Κωνσταντίνος[EN] Sfetsos, Konstantinos [EL] Διαμάντης, Γεώργιος[EN] Diamandis, Georgios [EL] Γουδέλης, Ανδρέας[EN] Goudelis, Andreas [EL] Κούβαρης, Χριστόφορος[EN] Kouvaris, Christoforos |
| Ημερομηνία: | 01/08/2023 |
| Περίληψη: | The origins of the dark matter and the matter-antimatter asymmetry are two of the most
pressing mysteries at the interface between contemporary particle physics and cosmology. Addressing
each of them, let alone both, is a challenging task which has triggered a plethora of
different approaches. In this dissertation we pursue a unified approach and study a mechanism
that allows the generation of the observed baryon asymmetry of the Universe along with its
dark matter content. At the core of the mechanism lie the out-of-equilibrium interactions of
exotic bath particles, which are responsible for the production of feebly-interacting dark matter
through the freeze-in mechanism. The same processes violate the CP symmetry and can further
lead to an asymmetry between matter and antimatter being generated in the baryon sector.
We exemplify this “freeze-in baryogenesis” mechanism by augmenting the standard model
particle content with vector-like Dirac fermions and a dark matter candidate. First, we study a
simple renormalizable model to illustrate how the mechanism operates in the infrared-regime.
In this case the dark matter and the baryon asymmetry are produced at temperatures close to
the electroweak scale. In turn, we focus on the possibility that these interactions are described
through non-renormalizable operators of dimension 5 and 6, which leads to both the dark matter
and the baryon asymmetry being produced close to the reheating temperature. Finally, we
revisit the ultraviolet scenario and study how the presence of a fluid that temporarily dominates
the energy content of the Universe affects its predictions. Moreover, we show that inflationary
observables can constrain the parameter space of such models, once the latter are examined in
conjunction with concrete models of inflation.
For each scenario we derive the viable parameter space which permits the generation of both
the observed baryon asymmetry and the relic dark matter abundance, taking into account the
cosmological constraints on the dark matter mass. We also comment on the phenomenological
aspects of these models and on their observational implications. Η προέλευση της σκοτεινής ύλης και της ασυμμετρίας ύλης-αντιύλης αποτελούν δύο από τα πιο επίμονα μυστήρια της σύγχρονης σωματιδιακής φυσικής και κοσμολογίας. Η επίλυση καθενός ξεχωριστά, πόσο μάλλον και των δύο μαζί, είναι μια απαιτητική πρόκληση η οποία έχει οδηγήσει σε πληθώρα διαφορετικών προσεγγίσεων. Στην παρούσα διατριβή ακολουθούμε μια ενοποιημένη προσέγγιση και μελετάμε ένα μηχανισμό που επιτρέπει την παραγωγή της παρατηρούμενης βαρυονικής ασυμμετρίας του Σύμπαντος μαζί με τη σκοτεινή ύλη. Στο επίκεντρο του μηχανισμού βρίσκονται οι εκτός ισορροπίας αλληλεπιδράσεις εξωτικών σωματιδίων του κοσμικού πλάσματος, οι οποίες ευθύνονται για την παραγωγή εξαιρετικά ασθενώς αλληλεπιδρούσας σκοτεινής ύλης μέσω του μηχανισμού του freeze-in. Οι ίδιες αλληλεπιδράσεις παραβιάζουν την CP συμμετρία και μπορούν περαιτέρω να οδηγήσουν στη δημιουργία ασυμμετρίας μεταξύ ύλης και αντιύλης στο βαρυονικό τομέα. Συγκεκριμένες υλοποιήσεις αυτού του “freeze-in baryogenesis” μηχανισμού μπορούν να επιτευχθούν επεκτείνοντας το σωματιδιακό περιεχόμενο του καθιερωμένου προτύπου με βαριά, διανυσματικού τύπου Dirac φερμιόνια, καθώς επίσης και με σωματίδια που μπορούν να αποτελέσουν την σκοτεινή ύλη. Αρχικά μελετάμε ένα επανακανονικοποιήσιμο μοντέλο και επεξηγούμε πως λειτουργεί ο μηχανισμός στην περιοχή του υπέρυθρου. Στην περίπτωση αυτή η σκοτεινή ύλη και η βαρυονική ασυμμετρία παράγονται σε θερμοκρασίες κοντά στην ηλεκτρασθενή κλίμακα. Κατόπιν, εστιάζουμε στην πιθανότητα αυτές οι αλληλεπιδράσεις να περιγράφονται από μη-επανακανονικοποιήσιμους τελεστές διάστασης 5 και 6, που οδηγεί στην παραγωγή της σκοτεινής ύλης και της βαρυονικής ασυμμετρίας κοντά στην θερμοκρασία αναθέρμανσης. Τέλος, επανεξετάζουμε το υπεριώδες σενάριο και μελετάμε πώς επηρεάζονται οι προβλέψεις του υπό την παρουσία ενός ρευστού το οποίο κυριαρχεί προσωρινά στο ενεργειακό περιεχόμενο του Σύμπαντος. Επιπλέον, δείχνουμε ότι οι πληθωριστικές παρατηρήσεις μπορούν να περιορίσουν τον παραμετρικό χώρο τέτοιων μοντέλων, όταν αυτά εξεταστούν συνδυαστικά με πληθωριστικά μοντέλα. Σε κάθε σενάριο εξάγουμε τον βιώσιμο παραμετρικό χώρο που επιτρέπει την δημιουργία της βαρυονικής ασυμμετρίας και την σκοτεινής ύλης, λαμβάνοντας υπόψη τους κοσμολογικούς περιορισμούς σχετικά με τη μάζα της σκοτεινής ύλης. Σχολιάζουμε επίσης τις φαινομενολογικές πτυχές αυτών των μοντέλων, καθώς επίσης και τις παρατηρησιακές τους επιπτώσεις. |
| Γλώσσα: | Αγγλικά |
| Τόπος δημοσίευσης: | Athens, Greece |
| Σελίδες: | 130 |
| DOI: | 10.12681/eadd/54363 |
| Θεματική κατηγορία: | [EL] Σωματιδιακή φυσική και Φυσική πεδίων[EN] Particles and Fields Physics |
| Λέξεις-κλειδιά: | Baryogenesis, Dark matter, Leptogenesis, Freeze-in; Βαρυογένεση, Σκοτεινή ύλη, Λεπτογένεση |
| Κάτοχος πνευματικών δικαιωμάτων: | © Papachristou Pantelis © Παπαχρήστου Παντελής |
| Όροι και προϋποθέσεις δικαιωμάτων: | All rights reserved. |
| Σημειώσεις: | This research is co-financed by Greece and the European Union (European Social Fund - ESF) through the Operational Programme ”Human Resources Development, Education and Lifelong Learning” in the context of the project ”Strengthening Human Resources Research Potential via Doctorate Research - 2nd Cycle” (MIS-5000432), implemented by the State Scholarships Foundation (IKY). |
| Εμφανίζεται στις συλλογές: | Υποψήφιοι διδάκτορες |
Αρχεία σε αυτό το τεκμήριο:
Το πλήρες κείμενο αυτού του τεκμηρίου δεν διατίθεται προς το παρόν από το αποθετήριο