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Campos Magn

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Observaciones de campos magn ticos en el universo ... las masas de las part culas van variando a lo largo de la pared de la burbuja. ... – PowerPoint PPT presentation

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Title: Campos Magn


1
Campos Magnéticos Primordiales
2
Índice
  • - Introducción
  • - Mecanismos de generación y amplificación
  • - Observaciones de campos magnéticos en el
    universo
  • - Cotas observacionales a los campos magnéticos
    cosmológicos
  • - Generación de campos magnéticos primordiales
  • - Aplicaciones en el universo temprano

3
Introducción
  • Se han observado campos magnéticos galácticos y
    extragalácticos
  • No hay detecciones de campos magnéticos puramente
    cósmicos
  • (que no estén asociados a estructuras ligadas
    gravitacionalmente o en colapso gravitacional)

4
Introducción
  • La generación de los campos magnéticos observados
    en el Universo requiere de dos ingredientes
  • la generación de las semillas
  • astrofísica (protogaláctica) o primordial
  • - un mecanismo de amplificación de su amplitud
    (campos observados) y su escala (campos
    primordiales)

5
Mecanismos de generación y amplificación
  • Los mecanismos astrofísicos explotan la
    diferencia de movilidad entre electrones y iones,
    para la separación de cargas
  • y efectos de dinámica de gases para generar
    vorticidad situaciones en que los gradientes de
    velocidad y de presión no son colineales.

6
Mecanismos de generación y amplificación
  • Los mecanismos de sostenimiento de los campos y
    amplificación de la intensidad
  • colapso gravitacional
  • efecto dinamo nuevos campos son regenerados
    continuamente por la acción combinada de la
    rotación diferencial y la turbulencia helicoidal

7
Widrow (2004)
8
Mecanismos de generación y amplificación
  • Mecanismos de amplificación de escala
  • - Turbulencia MHD fluido conductor desarrolla
    turbulencia magnética ? equipartición de la
    energía cinética del flujo turbulento a energía
    magnética (si dispone de suficiente tiempo), a
    escalas de los vórtices
  • - Reconexión de las líneas magnéticas

9
Mecanismos de generación y amplificación
  • Cascada inversa las estructuras magnéticas
    coalescen y emergen gradualmente estructuras de
    mayor escala (en simulaciones MHD términos no
    lineales que generan interacciones entre modos).
  • Requiere introducir una sustancial helicidad
    magnética, para lo cual no tenemos un mecanismo
    convincente

10
Observaciones de campos magnéticos en el
universo
  • Observación por emisión sincrotrónica, rotación
    de Faraday, efecto Zeeman
  • galaxias espirales campos magnéticos de hasta
    , con longitudes de coherencia de la
    dimensión del disco visible y configuraciones de
    menor escala, con simetrías tanto respecto al eje
    de rotación, como al plano ecuatorial

11
Observaciones de campos magnéticos en el universo
  • Campos de algunos son comunes en las
    galaxias elípticas, pero con orientaciones al
    azar y típicamente restringidos a una escala
    mucho más pequeña que la galáctica también se
    han observado en galaxias irregulares

12
Observaciones de campos magnéticos en el universo
  • Campos de también han sido observados en el
    medio intracúmulo en algunos cúmulos ricos, con
    escalas del orden de las galaxias del cúmulo
  • Hay evidencias de campos magnéticos en galaxias
    espirales de alto corrimiento al rojo (
    ) y en radio galaxias a . También parecen
    manifestarse en sistemas Lyman , de
    corrimientos cosmológicos.

13
Cotas observacionales a los campos magnéticos
cosmológicos
  • Radiación cósmica de fondo
  • Campos magnéticos presentes en el desacoplamiento
    y homogéneos a escalas del horizonte a ese tiempo
    originarían una diferente tasa de expansión en
    diferentes direcciones

14
Cotas observacionales a los campos magnéticos
cosmológicos
  • Se estimó , escalado a hoy en
    día, usando los resultados de COBE y suponiendo
    que toda la anisotropía observada es debida a
    efectos magnéticos
  • Para campos de menores escalas, se encuentran
    cotas menos severas ( )
  • (límite de escalas amortiguamiento de Silk)

15
Cotas observacionales a los campos magnéticos
cosmológicos
  • Distorsiones de los picos Doppler podrían ser
    observables por campos inhomogéneos, pues las
    ondas magnetosónicas afectan velocidades de
    bariones y fotones
  • Mediciones de (des)polarización pueden aportar
    mayor información ? Planck

16
Cotas observacionales a los campos magnéticos
cosmológicos
  • Nucleosíntesis
  • las reacciones nucleares cambian en presencia de
    campos magnéticos (aumenta la tasa de decaimiento
    de los neutrones, decrece su número y por lo
    tanto la cantidad de )

17
Cotas observacionales a los campos magnéticos
cosmológicos
  • La densidad en energía magnética aumenta la tasa
    de expansión (disminuye el tiempo del proceso y
    por lo tanto el tiempo disponible para el
    decaimiento de los neutrones, aumenta el )
  • Haciendo el balance se obtiene ,
    hoy en día.

18
Generación de campos magnéticos primordiales
  • Inflación
  • fluctuaciones cuánticas excitan los modos de
    todos los campos ligeros a escalas
  • La expansión inflacionaria estira estas
    longitudes de onda a escalas
  • fuera del horizonte, las fluctuaciones se
    congelan (expansión super adiabática)
  • Durante la inflación el universo no es buen
    conductor ? el flujo magnético no se conserva

19
Generación de campos magnéticos primordiales
  • El problema es la preservación después del
    recalentamiento, el universo es un buen conductor
    y el flujo magnético se conserva
  • Puesto que los campos magnéticos están
    conformemente acoplados a la gravedad

20
Generación de campos magnéticos primordiales
  • Mecanismos de rompimiento de invariancia
    conforme
  • Masa y acoplamientos
  • con la curvatura (en las combinaciones
    invariantes)
  • pero esto le da masa al fotón

21
Generación de campos magnéticos primordiales
  • Con inflatón o dilatón
  • Campo escalar cargado
  • Anomalía QED (diagrama de triángulo con loop de
    electrón), pero efecto muy pequeño
  • Condensado de campo escalar ligero ?

22
Generación de campos magnéticos primordiales
  • Transiciones de fase cosmológicas (EW,QCD)
  • Reúnen las condiciones para producir las semillas
    de los campos y generar turbulencia
  • Una transición de fase típicamente implica
    cambios fundamentales en la naturaleza de
    partículas y campos y la liberación de energía
    libre en periodos cortos de tiempo

23
Generación de campos magnéticos primordiales
  • Semillas
  • - fluctuaciones térmicas,
  • - separaciones locales de cargas y generación de
    vorticidad ? corrientes locales,
  • - gradientes del parámetro de orden, que actúan
    como fuente para campos de norma

24
Generación de campos magnéticos primordiales
  • Transiciones de fase de primer orden
  • nucleación, expansión y eventual percolación de
    burbujas de la nueva fase en el sustrato de la
    vieja fase

25
Generación de campos magnéticos primordiales
  • Separaciones de carga
  • gradientes de número bariónico en las fronteras
    de las fases
  • el valor de expectación del Higgs y por lo tanto
    las masas de las partículas van variando a lo
    largo de la pared de la burbuja. Al adquirir
    masa, las partículas se topan con una barrera de
    potencial.
  • Frentes de choque que acompañan la expansión de
    las burbujas, con fuertes gradientes de presión,
    afectan de manera diferente los bariones que los
    leptones

26
Generación de campos magnéticos primordiales
  • Fuente de campos de norma
  • La fase del parámetro de orden (campo Higgs en
    EWPT) no está correlacionada
    entre las diferentes burbujas
  • a través del término ,
    funge
  • como un término de fuente.
  • La fase no es una cantidad invariante de norma,
    pero se puede definir una diferencia de fases que
    lo sea.

27
Generación de campos magnéticos primordiales
  • Aún en transiciones de fase de segundo orden, se
    puede obtener un término de fuente, puesto que
    varía a escalas de su longitud de correlación

28
Generación de campos magnéticos primordiales
  • Amplificación
  • En choques de las paredes de diferentes burbujas,
    y en menor medida, en los frentes de choque, se
    desarrollan condiciones de turbulencia
  • La escala de la región de coherencia del campo
    puede llegar al tamaño de la burbuja (
    con )

29
Generación de campos magnéticos primordiales
  • Amplificación a escalas mayores
  • Reconexión de las líneas cascada inversa

30
Aplicaciones en el universo temprano
  • Los campos magnéticos pueden tener influencia en
    diferentes aspectos del Universo temprano, en
    particular en las transiciones de fase y en el
    proceso de bariogénesis

31
Aplicaciones en el universo temprano
  • Se ha estimado que la transición de fase
    electrodébil es de primer orden, aunque no lo
    suficiente como para cumplir las condiciones
    necesarias para que la eventual asimetría
    bariónica generada a través de los procesos
    esfalerónicos se conserve.
  • Un campo (hiper)magnético vuelve la transición
    más fuertemente de primer orden

32
Potencial efectivo en la EWPT, sin campo (línea
roja) y con dos valores para el campo, dentro
del límite de campo débil
A. Sánchez, A Ayala y G.P., Phys. Rev D 75
(2007).
33
Aplicaciones en el universo temprano
  • Por otro lado, el distinto acoplamiento de los
    modos fermiónicos izquierdos y derechos antes de
    la TF (a través de dos valores distintos de la
    hipercarga) permite generar una asimetría axial
    entre las dos fases, que se traducirá en una
    violación de CP en el sector de verdadero vacío

34
(No Transcript)
35
Aplicaciones en el universo temprano
  • Inflación
  • Si los campos magnéticos son generados en la
    transición de fase inflacionaria, cuál es el
    efecto que tienen sobre de ésta y el espectro de
    fluctuaciones?

36
(No Transcript)
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