Producción de materia oscura durante el recalentamiento

Abstract

En este trabajo exploraremos un posible mecanismo para la producción de materia oscura, el freeze−in de partículas de materia oscura creadas a partir del inflatón. El inflatón se postula como un campo escalar cuyo potencial posee un mínimo al que cae al final de la fase inflacionaria del Universo, perdiendo su energía y creando el resto de partículas del Modelo Estándar en la fase que se conoce como recalentamiento. Estudiaremos qué procesos se llevan a cabo en la producción de materia oscura durante esta fase usando diferentes enfoques, comenzando con un análisis a nivel perturbativo para luego obtener resultados analíticos de los procesos no perturbativos que ocurren a través de las interacciones del inflatón con los campos acoplados a él. Estos resultados se compararán con una simulación en el retículo realizada con CosmoLattice, donde hemos modificado y ajustado códigos básicos para incluir las interacciones y los campos que queremos estudiar. Finalmente compararemos la cantidad de materia oscura producida según cada análisis, estudiaremos la evolución de los campos usando la simulación y estableceremos un rango de masas posible para la materia oscura.

In this work, we will explore one possible mechanism for the production of dark matter, the freeze−in of dark matter particles produced by the inflaton. Inflaton is postulated as a scalar field whose potential has a minimum in which the inflaton falls after the inflationary phase of the Universe, losing its energy and creating the rest of the particles of the Standard Model in a phase called reaheating. We will study the process that lead to dark matter production during this phase using different approaches, starting with a perturbative analysis and then obtaining some results analysing the non-perturbative effects that take place through the interactions of the inflaton with other fields. This results will be compared with a lattice simulation made with CosmoLattice, in which we have modified and adjusted basic programs to include the interactions and the fields we want to study. Finally, we will compare the quantity of dark matter produced by each analysis, study the evolution of the fields using the simulation and stablish a range of possible masses for the dark matter.