Programa

DESCRIPCION

Ofrrecer a los estudiantes una introducción a la física involucrada en la evolución del Universo en sus etapas iniciales.  El curso pretende cubrir los aspectos más fundamentales del modelo cosmológico estándar a la luz de los resultados experimentales mrecientees en las áreas de la física de altas energías, física de astropartículas y cosmología.    

JUSTIFICACIÓN

Abordar de manera pedagógica el estudio de las diferentes etapas que experimentó el Universo a lo largo de su evolución,  tema fundamental para los estudiantes que pretenden seguir por el área de física de partículas, astropartículas y cosmología. 

OBJETIVOS

General: 

Calcular diferentes observables físicos asociados a las múltiples etapas de la evolución del Universo. 

Específicos:

Deducir las ecuaciones de la evolución del Universo y soluciones cosmológicas relevantes. 

Calcular las propiedades del Universo, como la edad, el tamaño del horizonte, la temperatura y la densidad de entropía, en momentos específicos durante su evolución, asumiendo condiciones realistas. 

Obtener la abundancia de partículas (por ejemplo, neutrinos, WIMP, bariones) y los límites de masa basados en las propiedades de las interacciones de partículas en el plasma primordial en un escenario de evolución cosmológica particular y con datos astrofísicos actuales.  

CONTENIDOS  

Unidad 1. Introducción (4 clases) 

El Universo actual. El futuro del Universo. El pasado del Universo. La cosmología y la física de partículas.

 

Unidad 2. La Geometría del Universo y modelos cosmológicos (8 clases)

Espacios isotrópicos y homegéneos, modelo plano, cerrado y abierto, métrica FLRW, redshift, ley de Hubble. 

Unidad 3. Dinámica del Universo en expansión (4 Clases)

Ecuación de Friedmann, soluciones cosmológicas y étapas del Universo. Ecuación de Boltzmanm. Equilibrio termodinámico. Entropía,    

Unidad 4. Big Bang Nucleosíntesis, recombinación y neutrinos reliquia  (8 clases)

Desacople de neutrones. Razón Neutrón-protón. Producción de elementos ligeros y abundancias. Recombinación. Photon last scattering.  Desacople de neutrinos. CNB. 

Unidad 5. Materia oscura (3 clases)

Evidencia. Mecanismos de producción. Freeze-out. WIMPs. Detección. 

Unidad 6. Transiciones de fase y bariogénesis. Inflación (4 clases)

Transiciones de fase, potencial efectivo, condiciones necesarias para bariogénesis. Problemas con el Hot Big Bang. Expansión inflacionaria. 

ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS

Durante el desarrollo del curso se hará uso como metodología la cátedra magistral, la clase taller y exposiciones. 

EVALUACIÓN

Trabajo académico individual   30%

Trabajo de Consulta y exposición oral   10%

Tres exámenes del 20% cada uno     60%

BIBLIOGRAFÍA

1.  Introduction to cosmology, 2nd edition, Barbara Ryder. 

2. Cosmology and particle astrophysics; Lars Bergström, Ariel Goobar;  Springer 2006.

3. An Introduction to Modern Cosmology; Andrew Liddle; Wiley 2015.  http://www.roe.ac.uk/~arl/cosbook.html

4. Introduction To The Theory Of The Early Universe: Hot Big Bang Theory; Valery A Rubakov, Dmitry S Gorbunov; World Scientific 2014.

5. The Early Universe; Edward Kolb, Michael Turner;  Addison-Wesley 1990. 

6. Modern Cosmology; Scott Dodelson; Academic Press 2003. 

7. Principles of Physical Cosmology. Phillip James Edwin Peebles. Princeton University Press 1993.

8. Cosmology. Steven Weinberg. Oxford University Press, 2008.

BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA (DIVULGACIÓN)

Libros:

1. Finding the Big Bang.  P. James E. Peebles, Lyman A. Page Jr., R. Bruce Partridge. Cambridge University Press 2009.

2. Cosmology's Century. James Peebles. Princeton University Press 2020. 

3. The Fabric of the Cosmos: Space, Time and the Texture of Reality. Brian Greene. 2004. (El Tejido del Cosmos). 

4. The Elegant Universe. Brian Greene. W. W. Norton & Company 2003. (El Universo Elegante)

5. Until the End of Time: Mind, Matter, and Our Search for Meaning in an Evolving Universe. Brian Greene. Knopf Publishing Group 2020. 

6. The End of Everything. Katie Mack. Penguin Books Ltd 2020.

7. A Universe from Nothing: Why There Is Something Rather than Nothing. Lawrence M. Krauss. Free Press 2012. (Un universo de la nada - ¿por qué hay algo en vez de nada?)

8. The Greatest Story Ever Told--So Far: Why Are We Here?. Lawrence M. Krauss. Atria Books 2017. (La Historia Más Grande Jamás Contada...Hasta Ahora). 

9. The Nature Of Space And Time. Roger Penrose, Stephen Hawking. Princeton University Press 1996.  (La naturaleza del espacio y del tiempo).

10. Black holes and time warps: Einstein's outrageous legacy. Kip Thorne. W. W. Norton & Company 1995. (Agujeros negros y tiempo curvo).

11. Dreams of a Final Theory. Steven Weinberg. Vintage Books 1994. (El Sueño de una Teoría Final).

12. The First Three Minutes - A Moderm View of the Origin of the Universe. Steven Weinberg. Basic Books 1993 second ed. Los Tres Primeros Minutos del Universo. 

Vídeos:

1. Wendy Freedman: This telescope might show us the beginning of the universe | TED talk. https://www.ted.com/talks/wendy_freedman_this_telescope_might_show_us_the_beginning_of_the_universe

2. Risa Wechsler: the search for dark matter and what we've found so far | TED talk. https://www.ted.com/talks/risa_wechsler_the_search_for_dark_matter_and_what_we_ve_found_so_far

3. Brian Greene is our universe the only universe | TED talk. https://www.ted.com/talks/brian_greene_is_our_universe_the_only_universe

4. 

Artículos:

1. Cosmological Antigravity, Lawrence M. Krauss. January 1999. 10.1038/scientificamerican0199-52

2. The Expansion Rate and Size of the Universe. Wendy L. Freedman. Scientific American Volume 267, Issue 5. 10.1038/scientificamerican1192-54

3. Dark Energy: No Answers but More Questions. Adam G. Riess and Mario Livio. Scientific American Volume 314, Issue 3. 10.1038/scientificamerican0316-38

4. A Beacon from the Big Bang. Lawrence M. Krauss. Scientific American Volume 311, Issue 4. 10.1038/scientificamerican1014-58

5. The Origin of the Universe. Michael S. Turner. September 2009. 10.1038/scientificamerican0909-36

6.The End of Cosmology? Lawrence M. Krauss and Robert J. Scherrer. March 2008. 10.1038/scientificamerican0308-46 

7. A Cosmic Conundrum. Lawrence M. Krauss and Michael S. Turner. 10.1038/scientificamerican0904-70 

8. The Fate of Life in the Universe. Lawrence M. Krauss and Glenn D. Starkman. November 1999. 10.1038/scientificamerican1199-58

9. Cosmic Antimatter. Gregory Tarlé and Simon P. Swordy. April 1998. 10.1038/scientificamerican0498-36

10. Is Dark Matter Real? Sabine Hossenfelder and Stacy S. McGaugh. Scientific American Volume 319, Issue 2. 10.1038/scientificamerican0818-36

11. What Is Dark Matter? By Lisa Randall. Scientific American 318, 6, 58-59 (June 2018). 10.1038/scientificamerican0618-58

12. Messengers from the Sky: The New Era of Multimessenger Astronomy. Ann Finkbeiner. Scientific American 318, 5, 36-41 (May 2018). doi:10.1038/scientificamerican0518-36

13. "Black Holes from the Beginning of Time" By Juan García-Bellido, Sébastien Clesse  in Scientific American 317, 1, 38-43 (July 2017). doi:10.1038/scientificamerican0717-38

14. Through Neutrino Eyes: Ghostly Particles Become Astronomical Tools. Graciela B. Gelmini, Alexander Kusenko and Thomas J. Weiler. May 2010. 10.1038/scientificamerican0510-38

15. South Pole Experiment Traps Neutrinos from Beyond the Galaxy. Francis Halzen. 10.1038/scientificamericanphysics1215-38 

16. Gamma-Ray Bursts. Gerald J. Fishman and Dieter H. Hartmann. July 1997. 10.1038/scientificamerican0797-46

17. Superheavy Magnetic Monopoles. Richard A. Carrigan Jr. and W. Peter Trower. Scientific American Volume 246, Issue 4. 10.1038/scientificamerican0482-106

18. Particle Accelerators Test Cosmological Theory. David N. Schramm and Gary Steigman. Scientific American Volume 258, Issue 6. 10.1038/scientificamerican0688-66

19. Quantum Black Holes. Bernard J. Carr and Steven B. Giddings. Reality-Bending Black Holes. 10.1038/scientificamerican0505-48

20. The Search for Dark Matter. David B. Cline. March 2003. 10.1038/scientificamerican0303-50

21. Searching for the Dark: The Hunt for Axions. Leslie Rosenberg. Scientific American Volume 318, Issue 1. 10.1038/scientificamerican0118-50

22. The Asymmetry between Matter and Anti-Matter. Helen R. Quinn and Michael S. Witherell. October 1998. 10.1038/scientificamerican1098-76

23. The Metamorphosis of Andrei Sakharov. Gennady Gorelik. March 1999. 10.1038/scientificamerican0399-98

24. Cosmic Rays at the Energy Frontier. James W. Cronin, Simon P. Swordy and Thomas K. Gaisser. 10.1038/scientificamerican0197-44

25. A Flaw in a Universal Mirror. Robert K. Adair. Scientific American Volume 258, Issue 2. 10.1038/scientificamerican0288-50

26. The Decay of the Proton. Steven Weinberg. 10.1038/scientificamerican0681-64

27. How the Milky Way Got Its Dwarf Galaxies. Noam I. Libeskind. Scientific American Volume 310, Issue 3. 10.1038/scientificamerican0314-46

28. New Ideas in the Search for Dark Matter. Bogdan A. Dobrescu and Don Lincoln. Special Editions Volume 24, Issue 4s. 10.1038/scientificamericanphysics1215-62

29. Primordial Deuterium and the Big Bang. Craig J. Hogan. December 1996. 10.1038/scientificamerican1296-68

30. Misconceptions about the Big Bang. Charles H. Lineweaver and Tamara M. Davis. March 2005. 10.1038/scientificamerican0305-36

31. Surveying Space-time with Supernovae. Craig J. Hogan, Nicholas B. Suntzeff and Robert P. Kirshner. January 1999. 10.1038/scientificamerican0199-46

32. The Universe's Invisible Hand. Christopher J. Conselice. February 2007. 10.1038/scientificamerican0207-34

33. Ambitious Project Probes Mysterious Cosmic Expansion. Joshua Frieman. Special Editions Volume 24, Issue 4s. 10.1038/scientificamericanphysics1215-46

34. Does Dark Energy Really Exist? Timothy Clifton and Pedro G. Ferreira. Special Editions Volume 22, Issue 2s. 10.1038/scientificamericanphysics0513-58

35. Ripples in Spacetime. W. Wayt Gibbs. April 2002. 10.1038/scientificamerican0402-62

36. The Quintessential Universe. Jeremiah P. Ostriker and Paul J. Steinhardt. 10.1038/scientificamerican1002-40sp

37. The Cosmic Background Explorer. Philip M. Lubin, Robert F. Silverberg, Samuel Gulkis and Stephan S. Meyer. Scientific American Volume 262, Issue 1. 10.1038/scientificamerican0190-132

38. Echoes from the Big Bang. Marc Kamionkowski and Robert R. Caldwell. January 2001. 10.1038/scientificamerican0101-38

39. A Cosmic Cartographer. Charles L. Bennett, Gary F. Hinshaw and Lyman Page. January 2001. 10.1038/scientificamerican0101-44

40. Atoms of Space and Time. Lee Smolin. 10.1038/scientificamerican0206-56sp

41. Textures and Cosmic Structure. David N. Spergel and Neil G. Turok. Scientific American Volume 266, Issue 3. 10.1038/scientificamerican0392-52

42. The Inflation Debate. Paul J. Steinhardt. April 2011. 10.1038/scientificamerican0411-36

43. The Inflationary Universe. Alan H. Guth and Paul J. Steinhardt. Scientific American Volume 250, Issue 5. 10.1038/scientificamerican0584-116

44. Is Space Finite? Glenn D. Starkman, Jean-Pierre Luminet and Jeffrey R. Weeks. 10.1038/scientificamerican1002-58sp

45. Cosmic Strings. Alexander Vilenkin. 10.1038/scientificamerican1287-94

46. When Fields Collide. David Kaiser on June 1, 2007. 10.1038/scientificamerican0607-62

47. The Dark Ages of the Universe, Abraham Loeb. Scientific American December 2006 with. 10.1038/scientificamerican1106-46 

48. El origen de la materia, Cline, James M. Investigación y Ciencia Junio 2005. 

Recordar que la revista Investigación y Ciencia es la versión española de Scientific American y la primera aparece 2 meses después de la segunda. 

BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA (AVANZADA)