Particle decay in the early universe

Particle decay processes have deep and profound implications in cosmology and especially on various early universe particle processes. Common decay rates, which may be experimentally verifed e.g., in particle accelerators, are calculated using a theory which relies on Einstein’s theory of special relativity thereby neglecting gravity which is contained in the general theory of relativity. The early universe is, however, a place where the curvature of the spacetime cannot be neglected anymore. Hence, the fat space quantum feld theory becomes only an approximation and of limited applicability. A more precise picture which includes the role of gravity forces one to view things more generally from the perspective of quantum feld theory in curved spacetime. As a result, particle decay rates, cross sections and lifetimes may be modifed from the common decay rates obtained from fat spacetime theory. The aim of this thesis is to investigate how the known fat space decay rates are modifed in the presence of a gravitational feld and what implica¬tions these have on early universe particle processes. Using quantum feld theory in curved spactime and a conceptually clear method for calculating decay rates in curved spacetime, the decay of a massive scalar is studied in a realistic and cosmologically relevant scenarios in an expanding universe. The results have signifcance when studying early universe cosmological situations but also as the cosmological data and measurements become in¬creasingly more accurate, there might arise a necessity in the future to include the e˙ects of curved spacetime also in particle decay rates.Hiukkasten hajoamisprosesseilla on syvällisiä ja perustavanlaatuisia seurauksia kosmologiassa ja erityisesti varhaisen maailmankaikkeuden hiukkasprosesseissa. Tavanomaiset hajoamisnopeudet, joita voidaan esimerkiksi hiukkaskiihdyttimissä kokeellisesti todentaa, ovat laskettu käyttäen teoriaa joka nojautuu Einsteinin erityiseen suhteellisuusteoriaan jättäen näin huomioimatta painovoiman, joka sisältyy yleiseen suhteellisuusteoriaan. Varhainen maailmankaikkeus on kuitenkin paikka, jossa avaruusajan kaarevuutta ei voida enää jättää huomioimatta. Tällöin tavanomainen litteän (laakean) avaruuden kvanttikenttäteoria on vain approksimaatio ja sen käyttö rajallista. Tarkempi kuvaus ja painovoiman roolin huomioiminen pakottaakin tarkastelemaan asioita laajemmin kaarevan avaruuden kvanttikenttäteorian näkökulmasta. Tämän seurauksena hiukkasten hajoamisnopeudet, vaikutusalat ja eliniät saattavat kuitenkin muuttua tavanomaisista litteän avaruuden teoriasta saaduista tuloksista. Tämän väitöskirjan tarkoitus on tutkia miten tunnetut litteän avaruu¬den hajoamisnopeudet muuttuvat painovoiman vaikutuksen alaisena ja mitä seurauksia tällä on varhaisen maailmankaikkeuden hiukkasprosesseihin. Käyttämällä kaarevan avaruuden kvanttikenttäteoriaa ja käsitteellisesti selkeää tapaa laskea hajoamisnopeuksia kaarevassa avaruudessa, massiivisen skalaarihiukkasen hajoamista on tarkasteltu realistisissa ja kosmologisesti merkityksellisissä skenaarioissa avaruuden laajetessa. Tuloksilla on merkitystä tutkittaessa varhaisen maailmankaikkeuden kosmologisia tapahtumia mutta myös kosmologisen datan ja mittausten tullessa yhä tarkemmiksi, voi tulevaisuudessa syntyä tarve ottaa huomioon myös kaarevan avaruuden seuraukset hiukkasten hajoamisnopeuksiin

Fermionic decay of a massive scalar in the early Universe

We derive a curved space generalization of a scalar to fermion decay rate with a Yukawa coupling in expanding Friedmann-Robertson-Walker universes. This is done using the full theory of quantum fields in curved spacetime and the added-up transition probability method. It is found that in an expanding universe the usual Minkowskian decay rates are considerably modified for early times. For conformally coupled scalars the decay rate is modified by a positive additive term proportional to the inverse of mass and related to the expansion rate of the Universe. We compare and contrast our results with previous studies on scalar to scalar decay and find that in general the decay channel into fermions is the dominant channel of decay in the very early Universe.Comment: 9 pages, 2 figures. Corrected some minor misprint

Kvanttikenttäteoria ja hiukkastuotto kaarevassa avaruudessa

Kvanttimekaniikka ja yleinen suhteellisuusteoria, kaksi modernin fysiikan kulmakiveä, voidaan yhdistää yhdeksi teoriaksi mikäli itse metristä tensoria ei kvantisoida. Tämä teoria tunnetaan nimellä kvanttikenttäteoria kaarevassa avaruudessa. Tässä tutkielmassa perehdytään kaarevan avaruuden kenttäteorian formalismiin, sekä siitä seuraaviin ilmiöihin. Näistä ilmiöistä suurimman painopisteen saa dynaamisessa avaruudessa syntyvät hiukkaset eli hiukkastuotto. Tätä ilmiötä on tarkasteltu kahden laajenevan universumin tapauksessa, sekä mustien aukkojen kohdalla. Tutkimusosiossa tutkitaan mallia, joka kuvaa hiukkastuottoa jäykän materian dominoimassa universumissa. Tuloksena saadaan, että avaruuden laajenemisen seurauksena tämänlaisessa universumissa hiukkastuotto on voimakkainta erittäin raskailla ja pienen liikemäärän omaavilla kentillä.Siirretty Doriast

Venäjän federaation identiteetit sen ulkopolitiikan strategisessa päätöksenteossa : diskurssianalyysi Venäjän ulkopolitiikan strategiasta

Tässä kandidaatintutkielmassa tarkastellaan, mitä valtion identiteettejä Venäjän federaation ulkopolitiikan strategiassa ilmenee. Valtion identiteetti määrittää valtion toimintaa muodostamalla identiteetteihin perustuvia intressejä, jotka ohjaavat päätöksentekoa. Tutkimalla valtion identiteettejä ja niiden muodostumista voidaan tarkastella valtion ulkopoliittisen päätöksenteon taustaa. Valtion identiteettien tarkastelu tarjoaa näkökulmia päätöksenteon ymmärtämiseen, jolloin myös kansainvälistä turvallisuutta tukeva ennakointikyky vahvistuu. Tutkielmani primääriaineistona toimii Venäjän ulkopolitiikan konsepti vuodelta 2016. Työn tarkoitus on selvittää, mitä valtion identiteettejä Venäjän ulkopolitiikan strategiassa ilmenee, miten ne muodostuvat ja miten ne asettuvat hierarkiaan merkittävyydessä Venäjän ulkopolitiikan kannalta. Tutkielman teoreettisena viitekehyksenä toimii sosiaalinen konstruktivismi. Identiteetin käsitteen tarkka määritelmä ja asema kansainvälisen politiikan tutkimuksessa on kiistelty, joten tarkastelu rajataan valtion identiteetteihin Alexander Wendtin määritelmien mukaisesti. Tutkimuksen menetelmä on diskurssianalyysi Iver Neumannin esittämää jaottelua mukaillen, joka jakautuu neljään vaiheeseen: kulttuurillinen kompetenssi, tekstien rajaaminen, representaatioiden kartoittaminen ja diskurssien kerrostaminen. Keskeisin analyysin vaihe on diskursseja ja niiden kautta identiteettejä muodostavien representaatioiden kartoittaminen ja tarkastelu aineistosta. Konstruktivistisesti ymmärrettynä identiteetit rakentuvat sosiaalisissa vuorovaikutuksissa representaatioiden ja niistä muodostuvien diskurssien kautta. Identiteettien merkittävyyttä voidaan tarkastella analysoimalla ulkopolitiikan tulevan linjan kannalta merkittäviä valintatilanteita. Valtion tilanteessa valitsema identiteetti heijastelee valtion identiteettien hierarkiaa. Tulosten perusteella Venäjän ulkopolitiikan strategiassa ilmenee seitsemän valtion identiteettiä. Nämä ovat oikeusvaltio, demokratia, venäläisen maailman vahvistaja, Aasian liittolainen, Naton ja lännen vastustaja, suurvalta ja moderni Venäjä. Identiteettejä rakennetaan muodostamalla diskursseja negatiivisten ja positiivisten representaatioiden avulla suhteessa sosiaalisesti merkittäviin vastakappaleisiin. Identiteettejä ilmentävät myös Venäjän valtionjohdon puheista nostetut esimerkit. Primääriaineistosta ilmenevät myös Venäjän käsitykset kansainvälisen politiikan kehityskuluista, jotka tukevat identiteettejä asettamalla ne laajempaan kontekstiin. Analyysin perusteella Venäjän ulkopolitiikassa merkittävimpiä ovat suurvallan ja venäläisen maailman vahvistajan identiteetit. Toiseksi merkittävimpiä ovat lännen vastustajan, oikeusvaltion ja demokratian identiteetit. Heikoimpina identiteetteinä ilmenevät Aasian liittolaisen ja modernin Venäjän identiteetit. Lisäksi voidaan havaita, että merkittävimmät identiteetit perustuvat historiallisille vertailukohdille. Myös vastakkainasetteluun perustuvat identiteetit ovat Venäjän ulkopolitiikassa merkittävämpiä kuin liittolaisuuteen perustuvat identiteetit