- Introduzione alla cosmologia [8h]
- Equazioni di Boltzmann [8h]
- Materia Oscura Termica[16h]
- Inflazione [8h]
- Transizioni di fase cosmologiche e onde gravitazionali [6h]
- Bariogenesi [4h]
- “The Early Universe”, E. Kolb and M. Turner
- “Modern Cosmology”, S. Dodelson
- “Cosmology”, S. Weinberg
Obiettivi Formativi
Acquisire una conoscenza di base della cosmologia. Introduzione alle basi teoriche delle teorie dell'inflazione, della materia oscura e della bariogenesi.
Prerequisiti
Conoscenze di termodinamica e meccanica statistica. Introduzione alla relatività generale, introduzione alla fisica delle particelle e teoria dei campi
Metodi Didattici
Lezioni frontali
Modalità di verifica apprendimento
L’esame si tiene in forma orale, alla lavagna, e dura circa 45'.
Inizialmente vengono discussi i risultati di un progetto di natura analitica o parzialmente numerica, che consiste in una serie di problemi assegnati preliminarmente allo studente. Successivamente si svolge un esame orale tradizionale su tutto il programma del corso, dove è richiesta la discussione di due argomenti principali. Domande più specifiche potrebbero essere poste durante l'esposizione degli argomenti per meglio determinare il livello di comprensione da parte dello studente. Lo studente dovrà utilizzare un linguaggio appropriato dimostrando la comprensione della materia,
inoltre dovrà essere in grado di fare semplici calcoli a ordini di grandezza ma anche sviluppare completamente il modello matematico laddove questo sia stato presentato a lezione.
Programma del corso
Introduzione alla cosmologia [8h]
• L’universo osservato: isotropia e omogeneit`a, densit`a di energia, abbondanza elementi
• L’espansione dell’universo: equazione di Friedman e metrica Robertson-Walker
• Condizioni iniziali: cenni alla teoria dell’inflazione e generazione delle fluttuazioni quantistiche primordiali •
Processo di Reheating (Hot Big Bang)
Equazioni di Boltzmann [8h]
• Termodinamica dell’Universo
• Equazioni di Boltzmann nell’Universo in espansione.
• Dinamica fuori dall’equilibrio: Big Bang Nucleo-synthesis, Ricombinazione
Materia Oscura [16h]
• Evidenze sperimentali e propriet`a della Materia Oscura
• Abbondanza termica, meccanismo del freeze-out
• Modelli di Materia Oscura
• Ricerca Diretta, Indiretta e agli acceleratori
• Materia oscura non termica
Inflazione [8h]
• Introduzione all’Inflazione.
• Modelli di slow-roll e meccanismo di ’reheating’
• Introduzione alle fluttuazioni quantistiche dell’inflatone e della metrica
• Onde gravitazionali primordiali dall’inflazione
• Limiti attuali sui parametri di slow-roll dallo studio della CMB
Transizioni di fase cosmologiche e onde gravitazionali [6h]
• Transizioni di fase del primo ordine in cosmologia
• Transizione del primo ordine a temperatura finita
• Onde gravitazionali generate durante le transizioni di fase del primo ordine
Bariogenesi [4h]
• Meccanismi di generazione di asimmetria (condizioni di Sakharov)
• Bariogenesi elettro-debole: modelli, segnature, dinamica non perturbativa del Modello Standard.
• Leptogenesi: generazione di asimmetrie leptoniche primordiali, il ruolo degli sfaleroni, fisica dei neutrini.