Champs magnétiques primordiaux, ondes gravitationnelles et leurs conséquences observationnelles.

Primordial magnetic fields, gravitational waves and their observational consequences.

• Auteur / Autrice : Martin Teuscher
• Direction : Aurélien Barrau, Ruth Durrer
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique Théorique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique Subatomique et Cosmologie

Mots clés

Mots clés libres

Univers primordial

Inflation

Champs magnétiques

Ondes gravitationnelles

Modes B du CMB

Calculs théoriques

Early Universe

Inflation

Magnetic fields

Gravitational waves

B-modes of CMB

Theoretical computations

Résumé

Le projet de thèse s'inscrit dans l'intérêt grandissant de la communauté pour la découverte de nouvelles sources d'informations sur la physique de l'Univers primordial. La thèse vise à rechercher les empreintes laissées par l'inflation sur des phénomènes cosmologiques ultérieurs. Nous introduirons premièrement un formalisme mathématique permettant d'étudier les champs magnétiques générés par l'inflation, via des couplages pouvant ou non briser l'invariance de parité. Leur génération requiert une brisure de symétrie conforme, également à l'étude. Or, ces champs magnétiques sont à leur tour source d'ondes gravitationnelles, car ils présentent des tensions anisotropes. L'objectif majeur de la thèse est de caractériser le spectre fréquentiel et l'amplitude de ces ondes stochastiques ; puis, d'en rechercher les conséquences observables sur les modes E et B du fond diffus cosmologique - notamment l'effet de la polarisation de ces ondes. L'analyse sera mathématique et formelle, mais agrémentée de résolutions numériques optimisées d'équations différentielles. Enfin, un projet secondaire plus ambitieux sera d'adopter une approche thermodynamique, utilisant les outils mathématiques puissants de la physique des systèmes complexes, pour affiner l'étude du plasma post-inflationnaire et sa réaction aux perturbations - particulièrement aux ondes gravitationnelles.

This PhD project is part of the community's growing interest in the search for new sources of information about primordial Universe phenomena. The thesis aims at uncovering imprints of the inflation era on later cosmological epochs. First, we introduce a mathematical formalism to study magnetic fields generated during inflation, via couplings that may or may not break parity invariance. Their generation is only possible through conformal symmetry breaking, another aspect to be investigated. Secondly, these magnetic fields themselves source gravitational waves, as they exhibit anisotropic stresses. The main goal of the thesis is to characterize the spectrum and amplitude of these stochastic waves ; then, to investigate their observable consequences on the E- and B-modes of the cosmic microwave background - in particular, the effect of the polarization of these gravitational waves. Work will be formal and mathematical, but will include optimized numerical resolutions for differential equations. Lastly, a secondary but more ambitious project run in parallel is to tackle the problem with a thermodynamical approach. Bringing in the powerful mathematical tools from the physics of complex systems, we will refine the analysis of the post-inflationary particle plasma and its reaction to perturbations such as gravitational waves.