Παραγωγή σκοτεινής ύλης μέσω τροποποιημένων θεωριών freeze-out

Κατραλής, Ευάγγελος; Katralis, Evangelos

dc.contributor.author	Κατραλής, Ευάγγελος	el
dc.contributor.author	Katralis, Evangelos	en
dc.date.accessioned	2025-09-02T07:42:37Z
dc.date.available	2025-09-02T07:42:37Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/62277
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.29973
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/gr/	*
dc.subject	Μέθοδοι Μόντε Κάρλο	el
dc.subject	Αποσύζευξη Σκοτεινής Ύλης	el
dc.subject	Μοντελλοποίηση Διάχυσης	el
dc.subject	Εξίσωση Kompaneets	el
dc.subject	Σκοτεινή Ύλη	el
dc.subject	Dark Matter Freeze-Out	en
dc.subject	Monte Carlo Methods	en
dc.subject	Diffusion modelling	en
dc.subject	Kompaneets Equation	en
dc.subject	Scattering in Quantum Field Theory	en
dc.subject	Σκέδαση στην Κβαντική Θεωρία Πεδίου	el
dc.subject	Υπολογιστική Φυσική Υψηλών Ενεργειών	el
dc.subject	Computational High Energy Physics	en
dc.title	Παραγωγή σκοτεινής ύλης μέσω τροποποιημένων θεωριών freeze-out	el
dc.title	Dark matter production through modified freeze-out theories	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Θεωρητική και Υπολογιστική Φυσική	el
heal.classification	Theoretical and Computational Physics	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2025-02-06
heal.abstract	Κύριο θέμα αυτής της διπλωματικής εργασίας αποτελεί η μελέτη του φαινομένου διάχυσης που εμφανίζουν σωματίδια τα οποία σκεδάζονται με σκέδαση τύπου-Compton. Αυτό θα γίνει στα πλαίσια μιας θεωρίας τροποποιημένου Freeze-Out η οποία προτάθηκε από μια μελέτη η οποία διεξάχθηκε από τους Marcos M. Flores, Χριστόφορος Κούβαρης και Alexander Kusenko το 2023 στην δημοσίευσή τους με τίτλο Defrosting and Blast Freezing Dark Matter. Η τροποποιημένη θεωρία Freeze-Out που περιγράφεται στην δημοσίευση αυτή βασίζεται στην ύπαρξη ενός τομέα Yukawa, ο οποίος οδηγεί στην θέρμανση με διαδοχική γρήγορη ψύξη μικρών fireballs στο πρώιμο σύμπαν. Η ενέργεια η οποία εναποτίθεται στο πλάσμα του Καθιερωμένου Προτύπου στις περιοχές που καταρρέουν τα νέφη μπορούν να θερμάνουν το πλάσμα, επαναφέροντας θερμική ισορροπία. Η ενέργεια σε αυτή την περίπτωση μεταφέρεται μέσω ενός ωστικού κύματος και μιας διαδικασίας διάχυσης. Στα πλαίσια αυτής της εργασίας, θα γίνει μια αντίστοιχη μοντελοποίηση για την διαδικασία της διάχυσης που ακολουθεί της κατάρρευσης των νεφών, στην περίπτωση που αυτή η διαδικασία οφείλεται στην σκέδαση "σκοτεινών φωτονίων" με σωματίδια του Καθιερωμένου Προτύπου. Αυτό θα γίνει με δύο τρόπους, αρχικά εξετάζοντας την εξίσωση Kompaneets για ένα μη-ομογενές σύστημα και στην συνέχεια με την ανάπτυξη κώδικα Monte Carlo, επιτρέποντας έτσι και την υπολογιστική επιβεβαίωση της χρονικής κλίμακας της αναθέρμανσης. Επομένως, η εργασία έχει χωριστεί σε τρία κύρια μέρη. Για αρχή θα αναλύσουμε το θεωρητικό υπόβαθρο. Θα ξεκινήσουμε μελετώντας την Σκοτεινή Ύλη, έπειτα θα μελετήσουμε την Σκέδαση των σωματιδίων όπως αυτή περιγράφεται στα πλαίσια της Κβαντικής Θεωρίας Πεδίου, έπειτα θα αναλύσουμε την εξίσωση Boltzmann η οποία είναι το κύριο εργαλείο για την μελέτη κατανομών σωματιδίων οι οποίες αλλάζουν στον χώρο και στον χρόνο (η οποία αποτελεί την κύρια εξίσωση για την μελέτη του Freeze-Out της σκοτεινής ύλης καθώς και για την απόδειξη της εξίσωσης Kompaneets) και τέλος, θα μελετήσουμε την καθιερωμένη θεωρία σχετικά με το Freeze-Out της Σκοτεινής Ύλης. Στο επόμενο μέρος, θα μελετήσουμε την τροποποιημένη θεωρία Freeze-Out η οποία προτείνεται στην εργασία Defrosting and Blast Freezing Dark Matter. Για αρχή θα αναπτύξουμε τις ιδέες της δημοσίευσης, έπειτα θα μελετήσουμε την σκέδαση τύπου-Compton η οποία συμβαίνει ανάμεσα στα σκοτεινά φωτόνια και τα σωματίδια του Καθιερωμένου Προτύπου στα πλαίσια της μοντελοποίησής μας, και τέλος, θα αποδείξουμε την ανομοιογενής εξίσωση Kompaneets για την σκέδαση αυτή. Στην τρίτη και τελευταία ενότητα, θα αναλύσουμε τον κώδικα ο οποίος αναπτύχθηκε για την μελέτη της σκέδασης τύπου-Compton μέσω μεθόδων Monte-Carlo. Έτσι, θα μπορούμε να συγκρίνουμε τα αποτελέσματα του κώδικα αυτού με έναν αντίστοιχο για την περίπτωση της πλήρως ισοτροπικής σκέδασης, καθώς και θα μελετηθεί η χρονική κλίμακα της διάχυσης, ενώ και θα ελεγχθεί η ισχύς της ανομοιογενούς εξίσωσης-Kompaneets που αποδείχθηκε.	el
heal.abstract	The main topic of this thesis is the study of the diffusion phenomenon exhibited by particles undergoing Compton-type scattering. This will be explored within the framework of a modified Freeze-Out theory proposed in a study conducted by Marcos M. Flores, Christoforos Kouvaris, and Alexander Kusenko in 2023, as presented in their publication titled Defrosting and Blast Freezing Dark Matter. The modified Freeze-Out theory described in this publication is based on the existence of a Yukawa sector, which leads to heating followed by successive rapid cooling of small fireballs in the early universe. The energy deposited in the Standard Model plasma in the regions where the collapsing halos form can locally reheat the plasma, restoring thermal equilibrium. In this case, energy is transferred through both a shockwave and a diffusion process. In this thesis, a corresponding modelling will be performed for the diffusion process following the collapse of the halos, in the case where this process occurs through the scattering of "dark photons" with Standard Model particles. This will be carried out in two ways: first, by examining the Kompaneets equation for an inhomogeneous system, and then by developing a Monte Carlo code, thus enabling a computational confirmation of the timescale of the reheating. Therefore, this thesis is divided into three main parts. Initially, we will analyze the theoretical background. We will start by studying Dark Matter, then examine particle scattering as described within the framework of Quantum Field Theory, followed by an analysis of the Boltzmann equation, which serves as the main tool for studying particle distributions that evolve in space and time (and which is the primary equation for studying the Freeze-Out of dark matter as well as for deriving the Kompaneets equation). Finally, we will review the traditional theory concerning the Freeze-Out of Dark Matter. In the next section, we will study the modified Freeze-Out theory proposed in the publication Defrosting and Blast Freezing Dark Matter. We will begin by developing the ideas presented in the publication, then analyze the Compton-type scattering occurring between dark photons and Standard Model particles within our modeling framework, and finally, we will study and derive the inhomogeneous Kompaneets equation for this scattering process. In the third and final section, we will analyze the code developed for studying Compton-type scattering using Monte Carlo methods. This will allow us to compare the results of this code with a corresponding one for the case of fully isotropic scattering, as well as to investigate the timescale of diffusion and assess the validity of the inhomogeneous Kompaneets equation.	en
heal.advisorName	Κούβαρης, Χριστόφορος	el
heal.committeeMemberName	Αναγνωστόπουλος, Κωσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Ήργες, Νικόλαος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών. Τομέας Φυσικής. Εργαστήριο Πειραματικής Φυσικής Υψηλών Ενεργειών και Συναφούς Οργανολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	149 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false