Classification des modèles d'inflation et contraints sur la physique fondamentale

Classification of inflationary models and constraints on fundamental physics

• Auteur / Autrice : Mauro Pieroni
• Direction : Pierre Binétruy, Cyrille Rosset
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Physique de l'Univers
• Date : Soutenance le 28/09/2016
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : AstroParticule et Cosmologie (Paris ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Anne-Christine Davis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Bouchet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Filippo Vernizzi, Chiara Caprini

Mots clés

Mots clés contrôlés

Big bang

Holographie

Planck (satellite artificiel)

Ondes gravitationnelles

Fond diffus cosmologique

Univers inflatoire

Cosmologie

Mots clés libres

CMB (Cosmic Microwave Background)

GW (ondes gravitationnelles primordiales)

Résumé

Ce travail est concentré sur l'étude de la cosmologie primordiale et en particulier sur l'étude de l'inflation. Après une introduction sur la théorie standard du Big Bang, nous discutons de la physique du CMB et nous expliquons comment ses observations peuvent être utilisées pour définir des contraintes sur les modèles cosmologiques. Nous introduisons l'inflation et nous expliquons sa réalisation la plus simple. Nous présentons les observables et les contraintes expérimentales qui peuvent être utilisées pour mettre des contraintes sur les modèles d'inflation. La possibilité d'observer des ondes gravitationnelles primordiales (GW) produites au cours de l'inflation est examinée. Nous présentons les raisons pour définir une classification des modèles d'inflation et pour introduire le formalisme de la fonction 13 pour décrire l'inflation. En particulier nous expliquons pourquoi, dans ce cadre, nous pouvons naturellement définir un ensemble de classes d'universalité pour les modèles d'inflation. Les motivations théoriques pour soutenir la formulation de l'inflation en termes de ce formalisme sont présentées. Certains modèles généralisés d'inflation sont introduits et l'extension du formalisme de la fonction (3-formalisme à ces modèles est discutée. Enfin, nous nous concentrons sur l'étude des modèles où l’inflation (qui es assumé être pseudo-scalaire) est couplé non-minimalement à des champs de jauge abéliens qui peuvent être présents lors de l'inflation. L'analyse du problème est effectuée en utilisant une caractérisation de modèles d'inflation sur la base de leur comportement asymptotique. Un large éventail d'aspects théoriques et des conséquences d'observation est discuté.

This work is focused on the study of early time cosmology and in particular on the study of inflation. After an introduction on the standard Big Bang theory, we discuss the physics of CMB and we explain how its observations can be used to set constraints on cosmological models. We introduce inflation and we carry out its simplest realization by presenting the observables and the experimental constraints that can be set on inflationary models. The possibility of observing primordial gravitational wave (GW) produced during inflation is discussed. We present the reasons to deftne a classification of inflationary models and introduce the [3-function formalism for inflation by explaining why in this framework we can naturally define a set of universality classes for inflationary models. Theoretical motivations to support the formulation of inflation in terms of this formalism are presented. Some generalized models of inflation are introduced and the extension of the (3-function formalism for inflation to these models is discussed. Finally we focus on the study of models where the (pseudo-scalar) inflaton is non-minimally coupled to some Abelian gauge fields that can be present during inflation. The analysis of the problem is carried out by using a characterization of inflationary models in terms of their asymptotic behavior. A wide set of theoretical aspects and of observational consequences is discussed.