We apply the theory of cosmological perturbations and preheating to hybrid-type class of models of inflation and to two specific alternative models based on the violation of the null energy condition (NEC) in order to verify whether it is possible to resolve or avoid specific problems of the inflationary paradigm in its traditional formulation.After introducing the framework of the potential-driven inflationary paradigm, we review its two pillars which allow inflationary models to be predictive: the theory of cosmological perturbations and the theory of preheating/reheating, with particular focus on parametric resonance. We then apply the theory of resonant instability to entropy perturbations at the time of preheating in the context of multi-field hybrid inflation. We find that the back-reaction of small-scale entropy modes on large-scale linear adiabatic modes alone is not fast enough to truncate the parametric instability of the long wavelength modes before the latter has sourced a sizeable modification of the curvature perturbations on observational scales. Therefore, unless there are other mechanisms which truncate the instability, this effect might rule out this class of models.This problem together with other, more fundamental problems which stain the inflationary paradigm- such as the cosmological singularity problem and the trans-Planckian problem - motivate the search for new avenues to model the physics of the early Universe. In that perspective, we study the production of cosmological perturbations and reheating in the context of two non-singular models based on the introduction of NEC-violating matter. The first of these models is based on the use of a ghost condensate to realize a stable bouncing scenario. We find that the produced spectrum of perturbations is scale invariant. The latter of the models relies on the use of Galileons to realize an emergent Universe scenario. In the context of this model, we compute that the produced spectrum of matter field perturbations is scale invariant and verify that the model does not suffer from a graceful exit problem. However, a more careful analysis shows that the curvature perturbations are quadratic in the field perturbations, which spoils the flatness of the curvature power spectrum and might rule out the model in its current form. / Nous appliquons la théorie des perturbations cosmologiques ainsi que la théorie du pré-chauffage, dans un premier temps, à une classe de modèles inflationistes du type inflation hybride, c'est-à-dire à plusieurs champs, et, dans un deuxième temps, à deux modèles alternatifs spécifiques basés sur l'introduction de matière violant la condition d'énergie nulle, dans le but de résoudre (ou encore d'éviter) plusieurs problèmes bien précis du paradigme de l'inflation cosmique dans sa forme traditionnelle.Après avoir introduit le formalisme du paradigme de l'inflation cosmique dans le contexte de l'inflation entraînée par le potentiel d'un champ scalaire, nous faisons une revue des deux principaux piliers qui lui donnent un pouvoir de prédiction: la théorie des perturbations cosmologiques et le formalisme du préchauffage/réchauffage, en insistant particulièrement sur le processus de résonance paramétrique. Nous appliquons ensuite le phénomène d'instabilité paramétrique ainsi découvert aux modes de perturbations entropiques générés au moment du préchauffage dans les modèles inflationnistes de type inflation hybrides avec de multiples champs. Nous concluons que la rétroaction des modes de perturbations entropiques de petite échelle sur les modes de perturbations adiabatiques de grande échelle n'est pas assez forte à elle-seule pour tronquer l'instabilité paramétrique des modes de longue longueur d'onde avant que ceux-ci ne donnent naissance à une modification des perturbations aux modes de courbure aux échelles observables suffisamment grande pour être détectables. Par conséquent, à moins qu'un autre mécanisme de troncation de l'instabilité n'entre en jeux, cet effet peut potentiellement invalider cette classe de modèle.Ce problème, combiné à d'autres encore plus fondamentaux entachant le paradigme inflationniste de faon générale (tels que le problème de la singularité cosmologique et le problème trans-Planckien), motive la recherche de nouvelles avenues pour modéliser l'Univers primordial. Dans cette optique, nous étudions le processus de production des fluctuations cosmologiques ainsi que le préchauffage dans le contexte de deux modèles où la résolution du problème de la singularité cosmologique est assurée par l'introduction de matière violant la condition d'énergie nulle. Le premier est basé sur l'usage d'un condensât de particules fantômes pour réaliser un scénario stable de rebond de l'Univers. Nous calculons le spectre de puissance des perturbations et concluons qu'il est conforme aux observations d'indépendance de l'échelle. Le second modèle repose sur l'utilisation de Galiléons pour réaliser un scénario où l'Univers est émergent. Nous calculons le spectre de fluctuations produites dans le champs de matière, et le trouvons indépendant de l'échelle. Nous vérifions que le modèle ne souffre pas de problème de sortie gracieuse. Par contre, une analyse plus minutieuse révèle que les perturbations de densité du champ sont quadratiques dans l'amplitude du champ, ce qui altère les prédictions du modèle quant à la courbure et l'inclinaison du spectre de puissance des perturbations de courbure et pourrait éliminer ce modèle dans sa forme actuelle.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.104717 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Perreault Levasseur, Laurence |
| Contributors | Robert Brandenberger (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Physics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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