Complutense University Library

Unitariedad y unicidad en la cuantización de perturbaciones cosmológicas (Unitarity and uniqueness in the quantization of cosmological perturbations)

Fernández Méndez, Mikel (2011) Unitariedad y unicidad en la cuantización de perturbaciones cosmológicas (Unitarity and uniqueness in the quantization of cosmological perturbations). Tesis Master's thesis.

[img]
Preview
PDF
807kB
View download statistics for this eprint

==>>> Export to other formats

Abstract

En este trabajo se estudia la cuantización de Fock
de las perturbaciones escalares al modelo de
Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker con un campo escalar masivo como contenido material. Se considera el caso en el que las secciones espaciales son compactas, con la topología de una 3-esfera, como caso prototípico en el que no surgen divergencias infrarrojas en la cuantización, ya que los modos perturbativos, obtenidos a partir de los
autoestados del operador de Laplace-Beltrami, forman una serie infinita pero discreta. Tras expandir las perturbaciones en estos modos, se obtiene el hamiltoniano del sistema hasta orden cuadrático en los mismos. Se introduce entonces una fijación casi completa del gauge y se realiza una transformación canónica para obtener una formulación manejable y conveniente del sistema. En el modelo así obtenido, en particular, se derivan las ecuaciones dinámicas. El resto del trabajo está dedicado al análisis de las ambigüedades intrínsecas a la elección de representación para la cuantización de Fock de la perturbación del campo escalar en el fondo cósmico dado por las variables homogéneas, descritas clásicamente. Se consideran tan sólo cuantizaciones determinadas por estructuras complejas que compartan la simetría bajo rotaciones SO(4) de las secciones espaciales. Se selecciona una elección particular de una tal estructura compleja y se prueba que, en la representación asociada, la dinámica de las perturbaciones es unitariamente implementable.
Cualquier otra representación en la que el vacío sea invariante bajo el grupo SO(4) y cuya dinámica sea unitaria debe ser unitariamente equivalente a la seleccionada, y por lo tanto, no diferirá de ella en sus predicciones físicas, que pueden considerarse así robustas. [ABSTRACT] In this work, we study the Fock quantization of the scalar perturbations about the Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker model with a scalar massive field as matter content. We consider the case in which the spatial sections are compact, with the topology of a 3-sphere, as the prototypical case in which no infrared divergences appear in the quantization, since the perturbative
modes, obtained from the eigenstates of the Laplace-Beltrami operator, form an infinite but discrete series. After expanding the pertubations in these modes, the Hamiltonian of the system is obtained up to terms quadratic in them. An almost complete gauge fixing is then introduced and a canonical transformation performed in order to reach a manageable and convenient formulation of the system. In the model so attained, in particular, the dynamical equations are derived. The rest of the work is devoted to the analysis of the ambiguities inherent to the choice of representation for the Fock
quantization of the perturbations of the scalar field on
the cosmological background provided by the homogeneous variables, described classically. We only consider quantizations determined by complex structures which share the SO(4) rotation symmetry of the spatial sections. A particular choice of such a complex structure is selected and it is shown that the perturbations dynamics are unitarily implementable in the associated representation. Any other representation with an SO(4) invariant vacuum and whose dynamics be unitary is proven unitarily equivalent to the aforementioned one and, therefore,
they will both yield the same physical predictions, which can hence be considered robust.

Item Type:Thesis (Master's thesis)
Additional Information:Máster en Física Fundamental. Facultad de Ciencias Físicas. Curso 2010-2011
Directors:
DirectorsDirector email
Mena Marugán, Guillermo A.mena@iem.cfmac.csic.es
Uncontrolled Keywords:Teoría Cuántica de Campos en Espacios Curvos, Cosmología Cuántica, Perturbaciones Cosmológicas, Quantum Field Theory on Curved Space, Quantum Cosmology, Cosmological Perturbations.
Subjects:Sciences > Physics > Astrophysics
Sciences > Physics > Nuclear physics
ID Code:13409
References:

[1] R. M.Wald, General Relativity, Chicago University Press (1984).

[2] E. W. Kolb y M. S. Turner, The Early Universe, Westview Press (1994).

[3] V. F. Mukhanov, H. A. Feldman y R. H. Brandenberger, Theory of cosmological perturbations, Phys. Rept. 215, 203 (1992)

[4] A. R. Liddle y D. H. Lyth, Cosmological Inflation and Large-Scale Structure, Cambridge University Press (2000).

[5] R. M. Wald, Quantum Field Theory in Curved Spacetime and Black Hole Thermodynamics, Chicago University Press (1994).

[6] A. Corichi, J. Cortez y H. Quevedo, Schrödinger and Fock representation for a field theory on curved spacetime, Ann. Phys. 313, 446 (2004)

[7] B. Simon, Topics in Functional Analysis, Academic Press (1972).

[8] A. Ashtekar y A. Magnon-Ashtekar, A curiosity concerning the role of coherent states in quantum field theory, Pramana 15, 107 (1980)

[9] A. Corichi, J. Cortez, G. A. Mena Marugán y J. M. Velhinho, Quantum Gowdy T3 model: a uniqueness result, Class. Quantum Grav. 23, 6301 (2006)

[10] J. Cortez, G. A. Mena Marugán y J. M. Velhinho, Uniqueness of the Fock quantization of the Gowdy T3 model, Phys. Rev. D 75, 084027 (2007)

[11] J. Cortez, G. A. Mena Marugán y J. M. Velhinho, Uniqueness of the Fock representation of the Gowdy S1 ×S2 and S3 models, Class. Quantum Grav. 25, 105005 (2008)

[12] J. Cortez, G. A. Mena Marugán y J. M. Velhinho, Fock quantization of a scalar field with time dependent mass on the three-sphere: Unitarity and uniqueness, Phys. Rev. D 81 044037 (2010)

[13] J. Cortez, G. A. Mena Marugán, J. Olmedo y J. M. Velhinho, Uniqueness of the Fock quantization of fields with unitary dynamics in nonstationary spacetimes, Phys. Rev. D 83, 025002 (2011)

[14] R. H. Gowdy, Vacuum spacetimes with two-parameter spacelike isometry groups and compact invariant hypersurfaces: Topologies and boundary conditions, Ann. Phys.83 203 (1974)

[15] C. W. Misner, K. S. Thorn y J. A. Wheeler, Gravitation, Freeman (1973).

[16] J. J. Halliwell y S. W. Hawking, Origin of structure in the Universe, Phys. Rev. D 31, 1777 (1985)

[17] U. H. Gerlach y U. K. Sengupta, Homogeneous collapsing star: Tensor and vector harmonics for matter and field asymmetries, Phys. Rev. D 18, 1773 (1978)

[18] D. Shale, Linear symmetries of free boson fields, Trans. Am. Math. Soc. 103, 149 (1962)

[19] R. Honegger y A. Rieckers, Squeezing Bogoliubov transformations on the infinite mode CCR-algebra, J. Math. Phys. 37, 4292 (1996)

[20] A. A. Kirillov, Elements of the theory of representations, Springer-Verlag (1976).

[21] A. N. Kolmogorov y S. V. Fomin, Elements of the Theory of Functions and Functional Analysis, Dover (1999).

[22] M. Fernández-Méndez, G. A. Mena Marugán y J. Olmedo, Complete hybrid quantization of an inflationary universe with inhomogeneities, en preparación.

[23] M. Martín-Benito, L. J. Garay y G. A. Mena Marugán, Hybrid quantum Gowdy cosmology: Combining loop and Fock quantizations, Phys. Rev. D 78, 083516 (2008)

[24] A. Ashtekar, Loop Quantum Cosmology: An overview, Gen. Rel. Grav. 41, 707 (2009)

[25] T. Thiemann, Modern Canonical Quantum General Relativity, Cambridge University Press (2007).

Deposited On:11 Nov 2011 13:48
Last Modified:06 Feb 2014 09:48

Repository Staff Only: item control page