شماره راهنما :
1764 دكتري
پديد آورنده :
حسين پور، احمد
عنوان :
مطالعه نظري و محاسباتي توليد قطبش دايروي تابش زمينه كيهاني
گرايش تحصيلي :
ذرات بنيادي (گرانش و كيهانشناسي)
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
دوازده، 154ض.: مصور، جدول
استاد راهنما :
مسلم زارعي
استاد مشاور :
بهروز ميرزا
توصيفگر ها :
تابش زمينه كيهاني , قطبش دايروي , امواج گرانشي , پراكندگي رو در رو , نظريه ميدان هاي كوانتومي , مدل استاندارد , تقارن CPT
استاد داور :
احمد شيرزاد، حسن فيروزجاهي، منصور حقيقت
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/04/25
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/04/29
چكيده فارسي :
مدل هاي استاندارد توصيف كنندۀ انتقال تابش CMB از طريق پراكندگي كامپتون پيش بيني مي كنند كه اختلال هاي اسكالر
كيهاني در مرتبۀ خطي قادر نيستند كه چشمۀ مدهاي قطبش Vو Bباشند. ما امكان اين كه اينچنين مدهاي قطبشي براي
CMB ، حتي در حضور فقط همان اختلال هاي اسكالر خطي توليد شوند را تحقيق مي كنيم. ما يك جور پارامتري كردن كلي
براي دامنۀ پراكندگي فوتون-فرميون را فراهم مي كنيم و جملات اختلاطي (مركب) بين انواع مختلف مدهاي قطبش CMB را
محاسبه مي كنيم. ما در مورد تعميم هاي كلي مختلف برهمكنش هاي مدل استاندارد كه تقارن هاي گسسته را مي شكنند، درحالي كه
تقارن كلي تركيب هميوغ بار، پاريته و معكوس زمان (همان تقارن CPT) را حفظ مي كنند، بحث مي كنيم. ما نشان مي دهيم كه
اين امكان وجود دارد كه توسط نقض تقارن هاي پاريته و هميوغ بار بتوانيم چشمه هاي توليد قطبش دايره اي CMB داشته باشيم.
درعوض توليد مد B مرتبط است با نقض تقارن معكوس زمان. بي شك نتايج ما ابزار مناسبي براي قيدگذاري فيزيك جديد با
كمك CMB فراهم مي كند.
پراكندگي رودرروي فوتون-فوتون به واسطۀ برهمكنش هاي اويلر-هايزنبرگ امكان توليد مقداري قطبش دايروي ( مد V) در
فوتون هاي CMB را فراهم مي كنند. هرچند اختلافي در بين مراجع مختلف در مورد ميزان دامنۀ پيش بيني شده براي اين قطبش
دايره اي وجود دارد. ما اين ناهمخواني را حل مي كنيم با نشان دادن اين كه با صورت بندي معادلۀ بولتزمان كوانتومي نتيجۀ يكساني
براي مقدار قطبش دايروي، همانند روش به كار رفته با استفاده از روش هندسي - كه بر پايۀ ضريب شكست محيط كيهاني
است- به دست مي آيد. ما نشان مي دهيم كه انتظار مي رود دامنۀ مورد انتظار مربوط به مدهاي Vدر حدود ∼ 8مرتبۀ بزرگي
كوچكتر از دامنۀ مدهاي قطبش E ، كه ما بالفعل آن ها را در CMB مي بينيم، باشند و بنابراين تاييد مي كند كه مشاهدۀ اين چنين
امضايي در CMB چالش برانگيز خواهد بود. همچنين در ادامه ما يك روش كلي براي مطالعۀ توليد مدهاي V از يك پراكندگي
رودرروي فوتون-فوتون و فوتون-ذرۀ اسپين 1 را بدون تاكيد بر برهمكنش خاصي، توسعه مي دهيم كه درواقع امكان هاي مختلف
براي امضاهاي فيزيك فراتر از مدل استاندارد را (مثلا بر روي نقشۀ CMB) به ما نشان مي دهد.
با كمك قواعد فاينمن مي توان دامنۀ پراكندگي توصيف كنندۀ برهمكنش بين گراويتون ها و ديگر ميدان ها را مطالعه كرد. ما با
كمك صورت بندي معادلۀ بولتزمان كوانتومي، برهمكنش بين گراويتون ها و فوتون ها را بررسي مي كنيم و معادلات كلي توصيف
كنندۀ انتقال تابش مربوط به قطبش فوتون ها، در اثر پراكندگي رودررو با گراويتون ها را به دست مي آوريم. ما نشان مي دهيم كه
اگر گراويتون ها در آمار طيف تواني شان داراي ناهمسانگردي باشند، مدهاي قطبش خطي فوتون Q و U با مد قطبش دايروي
V فوتون جفت مي شوند. به عنوان يك مثال، ما نتايج مان را براي مورد گراويتون هاي كهن اوليه، با بررسي مدل هاي تورمي كه
در آن ها يك توزيع گراويتون ناهمسانگرد توليد مي شود، به كار مي بنديم. سرانجام اثر آن را برروي قطبش تابش زمينه كيهاني
بررسي مي كنيم كه نشان مي دهد در حالت كلي اثرات قابل انتظار روي فركانس هاي CMB قابل مشاهده، بسيار كوچك هستند.
به هرحال نتايج ما يك ابزار جديد را براي امواج گرانشي ناهمسانگرد پس زمينه و همچنين شناخت بيشتر امواج گرانشي، فراهم
مي كند
چكيده انگليسي :
Standard models describing the radiation transfer of the cosmic microwave background (CMB) through Compton scattering predict that cosmological scalar perturbations at linear order are not able to source V and B polarization modes. we investigate the possibility that such CMB polarization modes are generated even in the presence of linear scalar perturbations only. We provide a general parametrization of the photon-fermion forward-scattering amplitude and compute mixing terms between different CMB polarization modes. We discuss different general extensions of Standard Model interactions that violate discrete symmetries while preserving the combination of charge conjugation, parity, and time reversal. We show that it is possible to source CMB circular polarization by violating parity and charge conjugation symmetries. Instead, B-mode generation is associated with the violation of symmetry for time-reversal. Our results provide a useful tool to constrain new physics using CMB data.
Photon-photon forward scattering mediated by Euler-Heisenberg interactions may generate some amount of the circular polarization (V modes) in the cosmic microwave background (CMB) photons. However, there is an apparent contradiction among the different references about the predicted level of the amplitude of this circular polarization.
We resolve this discrepancy by showing that with a quantum Boltzmann equation formalism, we obtain the same amount of circular polarization as using a geometrical approach that is based on the index of refraction of the cosmological medium. We show that the expected amplitude of V modes is expected to be ∼ 8 orders of magnitude smaller than the amplitude of E-polarization modes that we observe in the CMB, thus confirming that it is going to be challenging to observe such a signature. Throughout, we also develop a general method to study the generation of V modes from photon-photon and photon–spin-1- massive-particle forward scatterings without relying on a specific interaction, which thus represents possible new signatures of physics beyond the Standard Model. Using Feynman rules one can compute scattering amplitudes describing the interaction between gravitons and other fields. Using the quantum Boltzmann equation formalism, we consider the interaction between gravitons and photons and derive fully general equations describing the radiation transfer of photon polarization, due to the forward scattering with gravitons. We show that the Q and U photon linear polarization modes coupled with the V photon circular polarization mode if gravitons have anisotropies in their power-spectrum statistics. As an example, we apply our results to the case of primordial gravitons, considering models of inflation where an anisotropic primordial graviton distribution is produced. Finally, we evaluate the effect on cosmic microwave background (CMB) polarization, showing that in general, the expected effects on the observable CMB frequencies are very small. However, our result is promising, since it could provide a novel tool for detecting anisotropic backgrounds of gravitational waves, as well as for getting further insight into the physics of gravitational waves.
استاد راهنما :
مسلم زارعي
استاد مشاور :
بهروز ميرزا
استاد داور :
احمد شيرزاد، حسن فيروزجاهي، منصور حقيقت