Holographic phase transitions and gravitational waves

Resumen

En esta tesis doctoral nos centramos en el estudio de la física asociada a las transiciones de fase y la emisión de ondas gravitacionales en el universo primitivo en teorías cuánticas de campos fuertemente acopladas. El estudio se realiza mediante la dualidad AdS/CFT, traduciendo los problemas de teoría cuántica de campos a problemas de gravedad clásica y dinámica de agujeros negros. Para ello comenzamos introduciendo Jecco: la herramienta de programación desarrollada durante la tesis y que realiza simulaciones de evolución temporal en una teoría de gravedad deformada con un campo escalar que introduce transiciones de fase. Una vez explicado el algoritmo empleado, comenzamos a estudiar la física asociada a las transiciones de fase. En el capítulo 3 encontramos el espacio de soluciones inhomogéneas presentes en toda transición de fase de primer orden a volumen finito, estableciendo la preferencia termodinámica. En el capítulo 4 estudiamos la dinámica de colisiones de un tipo de solución inhomogénea encontrada previamente, dominios de fase. Mediante simulaciones con diferentes velocidades de colisión encontramos tres regímenes diferentes según incrementamos la velocidad: colisión con estado cuasi-estático previo, colisión y relajación del dominio resultante sin estado cuasi-estático y, finalmente, colisión y desfragmentación del dominio resultante. El capítulo 5 pone su atención en el estudio de la dinámica de burbujas, de crucial importancia en la emisión de ondas gravitacionales en la colisión de estas. Obtuvimos la burbuja crítica y la velocidad terminal de la burbuja para distintas temperaturas de nucleación. Con este estudio observamos una relación lineal sencilla para la velocidad terminal de gran interés y de difícil obtención mediante otros métodos de cálculo. Finalmente, el capítulo 6 estudia el escenario en el que la nucleación de burbujas está suprimida y en donde la dinámica sigue otra vía, la de la inestabilidad espinodal. Realizamos la simulación completa de dicha inestabilidad y computamos el espectro de emisión de ondas gravitacionales. Llegamos a la conclusión de que dicho espectro es muy diferente del de la colisión de burbujas, pudiendo identificar correctamente el origen de la posible detección de ondas gravitacionales en los interferómetros de próxima generación.