Detailed study of the decoupling process of cosmological relic neutrinos

Resumen

La existencia de un fondo cósmico de neutrinos (FCN) es una predicción genérica del modelo estándar cosmológico del Big Bang, Conocer con precisión el espectro o distribución de momentos de los neutrinos del FCN es importante, ya que se emplea en todos los cálculos numéricos de la evolución del Universo. En esta tesis hemos realizado un estudio detallado del proceso de desacoplamiento de los neutrinos cósmicos, que permita predecir su distribución de momentos más allá del límite de una distribución de equilibrio, tipo Fermi-Dirac (FD), empleado de manera habitual en la literatura anterior. Este cálculo ya fue realizado por A. Dolgov et al. en 1997, nuestra propuesta ha sido extender el cálculo a escenarios no estándar. En los últimos años hemos asistido al surgimiento de importantes evidencias que claman por la existencia de física más allá del modelo estándar. Uno de los grandes hitos en este campo ha sido la verificación experimental de las oscilaciones de neutrinos gracias a los resultados combinados de diversos experimentos, ya sean de neutrinos solares, atmosféricos o de reactores y aceleradores. Desde entonces, las oscilaciones de neutrinos han sido estudiadas en diferentes ramas de la física de partículas, mostrando un nuevo marco de posibilidades. Además, la asignación de masas no nulas para los neutrinos puede asociarse también a interacciones no estándar (INS) que pudieran violar sabor y/o romper universalidad. Finalmente, hemos incluido la presencia de grandes asimetrías numéricas neutrino-antineutrino observando los posibles efectos de estas cuando también tratamos las oscilaciones de sabor. Los resultados obtenidos muestran cómo la inclusión de las oscilaciones modifica la evolución y los valores finales de las distorsiones en el espectro de los neutrinos, mientras que el valor asintótico de la densidad de energía de los neutrinos permanece prácticamente inalterado. Igualmente, la variación en otros parámetros cosmológicos como el número efectivo de neutrinos es pequeña. En lo que se refiere a las INS hemos comprobado cómo su inclusión puede afectar de una forma más acuciada al espectro de los neutrinos, ofreciendo resultados que están más cerca del límite de resolución de futuros experimentos. Finalmente, los resultados en presencia de asimetrías muestran cómo, para una combinación apropiada de los parámetros, las variaciones en algunos parámetros cosmológicos pueden ser apreciables.%&/Pese a que los efectos estudiados no parece que vayan a ser fácilmente detectables a corto plazo, hemos realizado un cálculo preciso de la función de distribución de los neutrinos del FCN, incluyendo todos los efectos relevantes en el marco del modelo estándar además de incluir las oscilaciones en presencia de asimetrías y las interacciones no estándar neutrino-electrón. Y, como hemos dicho, ésta puede y debe ser utilizada para el cálculo de otros parámetros cosmológicos.