Observational imprints from Loop Quantum Cosmology

Abstract

The standard model of cosmology assumes a homogeneous and isotropic universe that undergoes a period of exponential expansion very early on, named inflation. This stretches quantum fluctuations from the onset of inflation to cosmological scales, which seed the temperature, polarization and matter anisotropies that we observe. However, this paradigm ignores pre-inflationary physics, as shortly before inflation there is the initial big-bang singularity. Loop Quantum Cosmology (LQC) is a promising approach to quantum cosmology. Its most outstanding result is that of the resolution of the classical initial singularity in terms of aquantum bounce that connects a contracting branch of the Universe with an expanding one. Consequently, it provides singularity-free pre-inflationary dynamics. Within this context, it is no longer justified to consider that every mode of the cosmological perturbations reaches the onset of inflation in the natural vacuum state of standard cosmology. In fact, some modes might reach it in an excited state, which may leave imprints in their power spectra at the end of inflation and therefore in observations of the Cosmic Microwave Background (CMB). The goal of this thesis is to search for such imprints from LQC in the CMB. We work in the hybrid approach to cosmological perturbations in LQC to do so...

El modelo estándar de cosmología supone un universo homogéneo e isótropo que sufre un periodo de expansión exponencial muy temprano denominado inflación. Las fluctuaciones cuánticas sufren un estiramiento desde el inicio de inflación hasta escalas cosmológicas, dando lugar a las anisotropías de temperatura, polarización y materia que observamos. Sin embargo, este paradigma ignora la física preinflacionaria, ya que poco antes de inflación se produce la singularidad inicial del big-bang. La Cosmología Cuántica de Lazos (LQC por su sigla en inglés) es una teoría prometedora de cosmología cuántica. Su resultado más importante es la resolución de la singularidad inicial clásica en términos de un rebote cuántico que conecta una rama del Universo en contracción con otra en expansión. En consecuencia, proporciona una dinámica preinflacionaria libre de singularidades. En este contexto, ya no está justificado considerar que cada modo de las perturbaciones cosmológicas alcanza el inicio de inflación en el estado de vacío natural de la cosmología estándar. De hecho, algunos modos podrían alcanzarlo en un estado excitado, lo que podría dejar huellas en sus espectros de potencia al final de inflación y, por tanto, en las observaciones del Fondo Cósmico de Microondas (CMB). El objetivo de esta tesis es buscar tales huellas de LQC en el CMB. Para ello trabajamos en el contexto de la llamada LQC híbrida...