Orientador: Prof. Dr. Germán Lugones / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Física, 2015. / Durante sua expansão inicial e consequente resfriamento o Universo passou por
diversas transições. Uma delas, conhecida como transição de fase da QCD, prevista pelo
modelo cosmológico padrão e pela física de partículas, ocorreu por volta de 10 s após o Big
Bang, em temperaturas da ordem de 150-200MeV, atuou em quarks e gluôns inicialmente
em estado quasi-livre confinando-os em hádrons. A maneira na qual esse processo se deu,
pode ter gerado inúmeras implicações nas fases subsequentes e relíquias a serem observadas
atualmente.
Com o intuito de entender esse processo, resolvemos numericamente as equações
de Euler no contexto da relatividade restrita com um código numérico multidimensional
desenvolvido durante o trabalho, baseado no método de diferença finita com esquemas
de alta ordem para os casos hidrodinâmicos newtoniano e relativístico. Nele empregamos
métodos de reconstrução espacial no espaço característico de até sétima ordem, três diferentes separadores de fluxo e esquemas Runge-Kutta de alta estabilidade de terceira
e quarta ordem para evolução temporal. Para implementação do caso multidimensional,
utilizamos o método "dimensionally unsplit".
Os primeiros trabalhos a respeito dessa época partiam do pressuposto que a
transição era de primeira ordem e faziam uma análise semi-analítica da nucleação e colisão
entre bolhas hadrônicas. Nesses trabalhos era conjecturado que a turbulência criada
por esses mecanismos teria um perfil Komolgorov, ou alguma variação, e a partir disso
calculava a radiação gravitacional produzida. Contudo resultados obtidos pelos grandes
experimentos de colisão de íons pesados no RHIC e LHC, cuja condições geradas possuem
algumas similaridades àquelas esperadas no Universo Primordial e nos cálculos feitos pela
colaboração Wuppertal-Budapest com teoria da QCD na rede sugerem que, pelos parâmetros
provenientes do modelo padrão, essa transição foi analítica, caracterizada por
uma transformação suave entre as fases. Nesse cenário, não há mecanismos intrínsecos da
transição que possam transferir energias para as escalas maiores para produzir e manter
a turbulência no fluido,formando assim espectro diferente dos analisados trabalhos
anteriores e consequentemente uma outra evolução do plasma primordial.
Através de análises estatísticas e espectrais, propusemos entender a dinâmica de
iii um fluido primordial que passa por um transição analítica, estudando a geração de ondas
gravitacionais geradas a partir da evolução de um fluido com estado inicial formado por
distribuições randômicas de temperatura e velocidade e comparando-as com a curva de
sensibilidade do eLISA/NGO. Procuramos entender também como a presença da instabilidade
de Kelvin-Helmholtz bidimensional engatilhada a partir das flutuações provenientes
de outras eras pode ter influenciado no crescimento de perturbações e da turbulência e
suas consequências para o espectro da radiação gravitacional. / During its initial expansion and cooling, the Universe passed through several
transitions. One of them, know as QCD phase transition occurred around 10 s after the
Big Bang, at a temperature of the order of 150-200MeV, confining quarks and gluons that
were initially in a quasi-free state into hadrons. The study of this transition is important
for understanding the evolution of the Universe, because depending of the manner in which
this process took place, we can expect several types of consequences for the subsequent
phases as well as different observable relics.
In order to understand this process, we solved numerically the Euler equations in
the frame of special relativity with a multi-dimensional numerical code developed during
the work, based on the finite differences method with high order schemes. We used spatial
reconstruction methods in the characteristic space up to seventh order, three different
flux-split and Runge-Kutta schemes of high stability of third and fourth order for time
evolution. To implement the multidimensional case, we use the dimensionally unsplit
method.
Most of previous studies on this topic were based on the assumption of a first
order transition. Several studies focused on a semi-analytical analysis of the nucleation,
growth and collision of bubbles and their relation to the generation of gravitational waves.
In these works it was conjectured that the turbulence created by such mechanisms would
have a Komolgorov slope, or some variation of it, and from it the gravitational radiation
was estimated.
However results obtained in large heavy ion collision experiments at RHIC and
LHC, whose conditions have some similarities to those expected in the Early Universe,
and calculations made by the Wuppertal-Budapest collaboration with Lattice QCD suggest
that, with parameters from the standard cosmological model, the transition it is a
crossover characterized by a smooth transformation between phases. In this scenario, no
intrinsic mechanisms of the transition could transfer the energy to larger scales to produce
and maintain turbulence in the fluid, thereby generating a different spectrum of previous
work and therefore another evolution of the primordial plasma.
Using statistical and spectral analysis, we study the dynamics of a primordial
fluid passing through an analytic transition. We study the gravitational waves generated
from the motion of a fluid with an initial state consisting of random distributions of temperature and velocity and compare the results with the sensitivity curve of the eLISA/NGO.
We also investigate how the presence of the Kelvin-Helmholtz instability may have influenced
the growth of perturbations and turbulence and analyze its consequences for the
spectrum of gravitational radiation.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:BDTD:77211 |
| Date | January 2015 |
| Creators | Roque, Victor Raphael de Castro Mourão |
| Contributors | Lugones, Germán, Silveira, Francisco Eugenio Mendonça, Landulfo, André Gustavo Scagliusi, Lima, José Ademir Sales de, Kowal, Grzegorz |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf, 147 f. : il. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFABC, instname:Universidade Federal do ABC, instacron:UFABC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=77211&midiaext=70586, http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=77211&midiaext=70587, Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.brphp/capa.php?obra=77211 |
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