Descripción y contextualización de la asignatura

Este curso explora los aspectos cuánticos esenciales para comprender fenómenos en el universo temprano, así como la evolución cuántica de los agujeros negros. Comienza con una revisión de la relatividad general y de la teoría cuántica de campos en espacios curvos, donde se reexaminan conceptos fundamentales, como el de partícula en un universo en expansión, demostrando así la posibilidad de creación de partículas en este contexto. Posteriormente, estas técnicas se aplican al análisis de las fluctuaciones cuánticas en el universo inflacionario, particularmente en el cálculo de las perturbaciones del fondo cósmico de microondas y del espectro de ondas gravitacionales. Se estudia también los procesos que dan lugar a la radiación de Hawking y sus implicaciones para la evaporación de agujeros negros. Finalmente, se explora la hipótesis que describe la creación del universo a partir de una fluctuación cuántica, así como sus posibles implicaciones observacionales.

Resultados del aprendizaje de la asignatura

Conocimientos o contenidos

RCO1. Ser capaz de explicar las bases fundamentales del mundo cuántico a nivel básico, así como a nivel técnico.

RCO2. Conocer la literatura básica sobre mecánica cuántica y ser capaz de leer con aprovechamiento artículos de investigación.

RCO3. Ser capaz de iniciar el desarrollo de ideas y aplicaciones originales en el contexto de la investigación en física cuántica.

RCO4. Tener la capacidad para investigar de manera individual, sintetizar y presentar de manera clara y estructurada cuestiones complejas relacionadas con las diversas áreas de conocimiento de la mecánica cuántica abordadas en el marco de este programa de máster.

RCO5. Capacidad bajo supervisión para redactar y defender un trabajo original, con el objetivo de cumplir con los estándares de calidad exigidos para su publicación en revistas indexadas en bases de datos de alto impacto.

RCO8. Conocer la literatura básica y ser capaz de resolver problemas estándar en el área de Teoría Cuántica de Campos.

RCO10. Conocer la literatura básica de las aplicaciones de la mecánica cuántica a las áreas de Física de Campos y Partículas.



Competencias

RC1. Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.

RC2. Aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.

RC3. Tener la capacidad de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios.

RC4. Capacidad de comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.

RC5. Poseer las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.





Habilidades o destrezas

HE= Habilidades de amplio espectro

RHE1. Tener capacidad de utilizar con las herramientas de búsqueda de recursos bibliográficos.

RHE2.Tener capacidad crítica para leer artículos de investigación e incorporar los resultados a su trabajo.

RHE3. Ser capaz de redactar y presentar un trabajo original en alguna de las lenguas oficiales y en inglés.

RHE4. Capacidad para comunicar de forma clara y efectiva conceptos y resultados científicos, tanto a audiencias especializadas como no especializadas, mediante presentaciones y publicaciones.

RHE5. Capacidad para aprender de manera autónoma y mantenerse actualizado en los avances científicos y tecnológicos.



HT= Habilidades específicas del título

RHT1. Comprender y aplicar los principios fundamentales de la mecánica cuántica para analizar y resolver problemas en el ámbito de la investigación básica en ciencia cuántica.

RHT3. Incorporarse provechosamente a un proyecto de investigación fundamental o aplicada involucrando aspectos cuánticos y de resolver problemas en entornos multidisciplinares.

RHT4. Evaluar y seleccionar las herramientas y técnicas adecuadas en la investigación de la física fundamental.

Temario

Review of General Relativity and Cosmology.

Review on Quantum Field theory in flat space.

Quantum Fields and Vacuum state, Quantum vacuum fluctuations, Particle interpretation of Quantum fields.

Quantum Fields in a curved background.

Particle creation in a curved background.

Quantum Fields in Expanding universe.

Quantum fields in the de Sitter Universe. Massless and massive scalar fields.

Applications to Early Universe Cosmology.

Scalar Field Inflation; Density Perturbations during Inflation; Connection with Cosmic Microwave Background Observations.

Gravitational Waves: Cosmological tensor perturbations generated during Inflation.

Unruh effect.

Accelerated observers. Unruh temperature.

Hawking Radiation.

Thermodynamics of Black Holes.

Quantum Tunneling and Quantum Cosmology.

Bubble nucleation; Phase transitions.

Wheeler DeWitt Equation; Boundary conditions for the Universe; Wave function of the Universe; Creation of the universe from Nothing.

Bibliografía

Bibliografía básica

S. Carroll, Spacetime and Geometry

S. Weinberg, Gravitation and Cosmology

S. W. Hawking and G. Ellis, The large scale structure of spacetime

S. Weinberg, Cosmology

V. Mukhanov, Physical Foundations of Cosmology

A.Liddle, Cosmological Inflation and Large Scale Structure

Birrell and Davies, Quantum Fields in Curved Space

V. Mukhanov and S. Winitzki, Introduction to Quantum Effects in Gravit

C. Kiefer, "Quantum Gravity" ; Chapter 8, entitled "Quantum Cosmology" .

Bibliografía de profundización

The paper entitled "The Origin of Structure in the Universe" by

J.J. Halliwell and S.W. Hawking. Published in Phys.Rev.D 31 (1985), 1777, Adv.Ser.Astrophys.Cosmol. 3 (1987), 277-291

DOI: 10.1103/PhysRevD.31.1777