Orientador: Pedro Cunha de Holanda

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin

Resumo: Cosmologia de neutrinos é a atividade de pesquisa dedicada ao teste de propriedades de neutrinos através de observáveis cosmológicos. Particularmente, as propriedades estudadas e testadas ao longo desta tese de doutorado foram à massa dos neutrinos e o número de estados estéreis. Ambas as...

Resumo: Cosmologia de neutrinos é a atividade de pesquisa dedicada ao teste de propriedades de neutrinos através de observáveis cosmológicos. Particularmente, as propriedades estudadas e testadas ao longo desta tese de doutorado foram à massa dos neutrinos e o número de estados estéreis. Ambas as propriedades são motivadas pela observação em experimentos terrestres do fenômeno de oscilação entre estados de interação. Diferentemente da existência de estados massivos, os indícios da existência de estados estéreis são tenuemente sugeridos, contudo ambas as propriedades representariam um grande impacto no modelo cosmológico caso sejam observados sinais positivos de suas existências e por esse motivo justificam-se suas análises. A utilização da cosmologia como um laboratório de física de neutrinos é possível graças à imensa abundância de neutrinos remanescentes do universo primordial além da sensibilidade sem precedentes das observações realizadas. Telescópios e detectores em planejamento ou em implementação supostamente alcançarão a sensibilidade equivalente aos valores mínimos das massas determinados pelo fenômeno de oscilação. A perspectiva de tais sensibilidades experimentais deve ser acompanhada pelo aumento equivalente da precisão obtida nas previsões teóricas dos efeitos pelos quais pretende-se detectar a presença de neutrinos massivos ou de estados estéreis. Nesta tese de doutorado, além de ser detalhadamente desenvolvida a teoria e a metodologia convencionais na análise de dados cosmológicos para obtenção de medidas ou limites para estes dois parâmetros, também foram desenvolvidos métodos para aumentar a precisão da previsibilidade teórica. Foram abordados dois desafios teóricos prementes, a imprecisão das previsões no regime não-linear de perturbação para neutrinos massivos e a degenerescência em relação aos parâmetros de modelos cosmológicos estendidos. As melhorias obtidas não compõem soluções definitivas, mas sim metodologias a serem desenvolvidas sistematicamente ao longo da obtenção de novos dados reais e simulados

Abstract: Neutrino cosmology is the research activity dedicated to test neutrino properties by cosmological observables. Specially, the properties studied and tested along this graduate research were the neutrino mass and the sterile states. Both properties are motivated from observations in...

Abstract: Neutrino cosmology is the research activity dedicated to test neutrino properties by cosmological observables. Specially, the properties studied and tested along this graduate research were the neutrino mass and the sterile states. Both properties are motivated from observations in terrestrial experiments of the phenomenon of oscillation between interaction states. Differently from the existence of massive states, the signals of sterile states are weakly suggested, however both properties would mean a sizeable impact in the cosmological model in case any positive signal is detected and, therefore, their analysis are justified. The utilization of cosmology as a laboratory of neutrino physics is possible thanks to the high abundance of remaining neutrinos from the primordial universe, besides the unprecedented sensitivity of experimental observations. Telescopes and detectors planned or under construction will supposedly reach the sensitivity equivalent to the minimal neutrinos masses given by the oscillation phenomenum. The perspective of such experimental sensitivities must be followed by the equivalent improvement in the theoretical predictability for the effects with which it is intended to detect a positive signal of massive neutrinos or sterile states. In this Ph.D. Thesis, besides being developed in detail the theory and methodology used in the analysis of cosmological data to measure or constrain these two parameters, we also developed methods and tools to improve the theoretical predictability. Two pressing theoretical challenges were addressed, the imprecision of the predictions in the non-linear regime of perturbations for massive neutrinos and the degeneracy related to parameters of extended cosmological models. The improvements obtained do not make up a definitive solution, but rather methodologies to be systematically developed along with the achivement or the eventuality of new real and simulated data