Finite temperature effects on decay rates in the real-time formalism
(2020) FYTM04 20191Theoretical Particle Physics - Undergoing reorganization
- Abstract
- This thesis work presents thermal decay rates for several reactions calculated within the framework of the real-time formalism. Processes considered are those of a neutral (pseudo)scalar decaying into two distinct (pseudo)scalars or into a fermion-antifermion pair. These processes are extended from earlier work to include chemical potentials and distinct species in the final state. A hypothetical (pseudo)scalar emission off a fermion line is also presented. The thermal decay rates at high temperature are found to be enhanced relative to zero-temperature theory in the case of (pseudo)scalar-(pseudo)scalar or (pseudo)scalar-fermion final state with quadratic and linear enhancement respectively. A suppression of the (pseudo)scalar decay rate... (More)
- This thesis work presents thermal decay rates for several reactions calculated within the framework of the real-time formalism. Processes considered are those of a neutral (pseudo)scalar decaying into two distinct (pseudo)scalars or into a fermion-antifermion pair. These processes are extended from earlier work to include chemical potentials and distinct species in the final state. A hypothetical (pseudo)scalar emission off a fermion line is also presented. The thermal decay rates at high temperature are found to be enhanced relative to zero-temperature theory in the case of (pseudo)scalar-(pseudo)scalar or (pseudo)scalar-fermion final state with quadratic and linear enhancement respectively. A suppression of the (pseudo)scalar decay rate into a fermion-antifermion final state, related to the Pauli principle, is found. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Författaren av denna uppsats är partikelfysiker, till på köpet teoretisk partikelfysiker. Detta innebär att jag är intresserad av att beskriva och förstå universums absolut minsta beståndsdelar. Den moderna fysiken har, genom hårt arbete av många ytterst kompetenta hjärnor, byggt en modell av det minsta vi känner till: de fundamentala partiklarna. Med exotiska namn som kvarkar, gluoner, fotoner och elektroner utgör denna samling av troligtvis odelbara byggstenar det som vanligen kallas för Standardmodellen. Denna modell har, under lång tid, oerhört framgångsrikt lyckats beskriva nästan allt beteende hos den materia som omger oss i vardagen. Med beteenden menas här alla de sätt som Standardmodellens partiklar kan växelverka (interagera)... (More)
- Författaren av denna uppsats är partikelfysiker, till på köpet teoretisk partikelfysiker. Detta innebär att jag är intresserad av att beskriva och förstå universums absolut minsta beståndsdelar. Den moderna fysiken har, genom hårt arbete av många ytterst kompetenta hjärnor, byggt en modell av det minsta vi känner till: de fundamentala partiklarna. Med exotiska namn som kvarkar, gluoner, fotoner och elektroner utgör denna samling av troligtvis odelbara byggstenar det som vanligen kallas för Standardmodellen. Denna modell har, under lång tid, oerhört framgångsrikt lyckats beskriva nästan allt beteende hos den materia som omger oss i vardagen. Med beteenden menas här alla de sätt som Standardmodellens partiklar kan växelverka (interagera) sinsemellan.
Något som har engagerat en del teoretiska fysiker under det senaste halva århundradet är frågan om de fundamentala partiklarna alltid beter sig likadant. Exempelvis kan man undra om det är givet att beteenden som partikelsönderfall, kollisioner och strålning, som vi känner från det universum som omger oss idag, alltid har varit möjliga. Det är inte otänkbart att sådana processer kan förstärkas eller försvagas utifall en partikels omgivning kraftigt förändras i jämförelse med vårt nuvarande universum.
Som exempel på ett scenario har jag undersökt enkla partikelsönderfall i detta arbete; med sönderfall avses här en situation där en partikel i rörelse splittras till två andra partiklar. Sannolikheten för ett sådant sönderfall kan beräknas med metoder som fysiker har utvecklat under ca. 100 års tid, ett ramverk som kallas för kvantfältteori. Jag har undersökt hur sannolikheten för ett sönderfall påverkas när en partikel färdas genom ett oerhört varmt universum. För denna analys har jag använt mig av en vidareutvecklad version av kvantfältteori och har bekräftat att olika sorters partiklar (elektroner respektive Higgspartiklar) båda ändrar sitt beteende när de utsätts för höga temperaturer. Dessa två partiklars beteende ändras dock på helt olika sätt. När Higgspartiklar skapas i sönderfall ökar sannolikheten för hela processen när det blir varmare medan den istället minskar om sönderfallet producerar elektroner (och dess antipartikel). Att sönderfall som skapar elektroner eller Higgspartiklar skiljer sig för höga temperaturer är en fundamental skillnad mellan dessa två partikelsorter och det är därför mycket intressant att studera orsaken till detta fenomen för att förstå naturens fundamentala byggstenar. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9011072
- author
- Lundberg, Torbjörn LU
- supervisor
-
- Roman Pasechnik LU
- Hugo Serodio LU
- organization
- alternative title
- Two-body decays involving neutral (pseudo)scalars and charged spin-1/2 fermions
- course
- FYTM04 20191
- year
- 2020
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- finite, temperature, effect, decay, rate, real, imaginary, time, formalism, real-time, imaginary-time, two-body, neutral, pseudoscalar, scalar, charge, spin-1/2, fermions, thermal, quantum, field, theory, equilibrium
- other publication id
- LU TP 20-12
- language
- English
- additional info
- I completed this thesis work in parallell to my PhD studies at the Institution of Astronomy and Theoretical Physics, Lund University. Hence, I wish to dedicate special appreciation towards my PhD supervisor Prof. Leif Lönnblad for approving of this arrangement.
- id
- 9011072
- date added to LUP
- 2020-06-12 14:37:18
- date last changed
- 2020-06-12 14:37:18
@misc{9011072,
abstract = {{This thesis work presents thermal decay rates for several reactions calculated within the framework of the real-time formalism. Processes considered are those of a neutral (pseudo)scalar decaying into two distinct (pseudo)scalars or into a fermion-antifermion pair. These processes are extended from earlier work to include chemical potentials and distinct species in the final state. A hypothetical (pseudo)scalar emission off a fermion line is also presented. The thermal decay rates at high temperature are found to be enhanced relative to zero-temperature theory in the case of (pseudo)scalar-(pseudo)scalar or (pseudo)scalar-fermion final state with quadratic and linear enhancement respectively. A suppression of the (pseudo)scalar decay rate into a fermion-antifermion final state, related to the Pauli principle, is found.}},
author = {{Lundberg, Torbjörn}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Finite temperature effects on decay rates in the real-time formalism}},
year = {{2020}},
}