A física de partículas e o universo primordial : um estudo sobre a obtenção da densidade de relíquia de partículas estáveis

Abstract

Neste trabalho de revisão, discutimos primeiro alguns aspectos básicos de Cosmologia, ou seja, as equações de Friedmann, equações de estado e a evolução da densidade de energia do Universo. Então solucionamos essas equações para alguns modelos cosmológicos clássicos, de modo a dar o contexto para o nosso estudo sobre abundâncias de relíquia. Em seguida discutimos a história termal do Universo, com enfoque no Universo primordial. Assim, primeiro revisamos aspectos importantes da termodinâmica de equilíbrio, como a obtenção de propriedades físicas do banho térmico primordial, solucionando para regimes extremos. Por fim aplicamos a equação de Boltzmann para a obtenção das densidades de relíquia para partículas massivas estáveis pouco interagentes (WIMPs). Iniciamos com uma estimativa e em seguida reproduzimos o cálculo padrão ou "canônico". Então expomos algumas das limitações dos métodos discutidos e apresentamos um procedimento para tratar o caso envolvendo coaniquilações, o qual é necessário para o cálculo de abundâncias de relíquia em modelos supersimétricos.

In this review we first discuss some basic aspects of Cosmology, namely the Friedmann equations, equations of state and the evolution of the energy density of the Universe. We then solve this equations for some basic cosmological models, in order to provide the context for our discussion about relic densities. After that we discuss the thermal history of the Universe, focusing on the early Universe. Therefore, we first review some important aspects of equilibrium thermodynamics, like the calculation of physical properties of the thermal bath, solving for extreme regimes. We finally apply the Boltzmann equation for the calculation of the relic densities of weakly interacting massive particles (WIMPs). We begin by an estimation and then reproduce the standard or "canonical" calculation. After that we expose some limitations of the methods discussed and present a procedure to treat the case involving coannihilations, which is necessary for the calculation of relic abundances on supersymmetric models.