Polarização de vácuo e correntes induzidas por uma corda cósmica no espaço-tempo anti-de Sitter

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Santos, Wagner Oliveira dos
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB
Texto Completo: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/26110
Resumo: In this thesis, we investigate the combined effects of the spacetime curvature, the nontrivial topology and the presence of external fields on the quantum vacuum fluctuations associated with bosonic and fermionic charged fields. We analyze the bosonic current densities induced by a magnetic flux along the core of an idealized cosmic string in a anti-de Sitter space-time with (D + 1) dimensions, assuming that an extra dimension is compactified and the presence of a magnetic flux enclosed by the compactified axis. In this context, we show, for instance, that only azimuthal and axial current densities are induced. The vacuum expectation values of the squared field and the energy-momentum tensor associated with the bosonic field are also analyzed. To develop these calculations, the complete set of normalized wave functions obeying a quasiperiodicity condition along the extra dimension was obtained and the positive frequency Wightman function has been constructed. The vacuum expectation values of the current densities, fermionic condensate and energy-momentum tensor generated in the vacuum of a fermionic field were also analyzed. In this case, the geometry considered was the (4 + 1)−dimensional anti-de Sitter space-time in the presence of a magnetic flux along the axis of a cosmic string and a compact extra dimension with a magnetic flux enclosed by its compactified axis. To obtain the vacuum expectation values mentioned above, the Dirac equation in curved space-time for this geometry was solved and the fermionic modes were obtained. Finally, in the last chapter of this thesis we analyze the fermionic current densities induced by a magnetic flux along a cosmic string and a brane in the geometry of the anti-de Sitter space-time in (4 + 1) dimensions. In this case, the brane is parallel to the anti-de Sitter boundary and the cosmic string is orthogonal to the brane. The brane divides the spacetime into two regions with different vacuum properties, and the only induced component along the azimuthal direction is studied in each of these regions. In all investigations performed, analyzes of special, asymptotic and numerical cases were made for the results obtained.
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In this context, we show, for instance, that only azimuthal and axial current densities are induced. The vacuum expectation values of the squared field and the energy-momentum tensor associated with the bosonic field are also analyzed. To develop these calculations, the complete set of normalized wave functions obeying a quasiperiodicity condition along the extra dimension was obtained and the positive frequency Wightman function has been constructed. The vacuum expectation values of the current densities, fermionic condensate and energy-momentum tensor generated in the vacuum of a fermionic field were also analyzed. In this case, the geometry considered was the (4 + 1)−dimensional anti-de Sitter space-time in the presence of a magnetic flux along the axis of a cosmic string and a compact extra dimension with a magnetic flux enclosed by its compactified axis. To obtain the vacuum expectation values mentioned above, the Dirac equation in curved space-time for this geometry was solved and the fermionic modes were obtained. Finally, in the last chapter of this thesis we analyze the fermionic current densities induced by a magnetic flux along a cosmic string and a brane in the geometry of the anti-de Sitter space-time in (4 + 1) dimensions. In this case, the brane is parallel to the anti-de Sitter boundary and the cosmic string is orthogonal to the brane. The brane divides the spacetime into two regions with different vacuum properties, and the only induced component along the azimuthal direction is studied in each of these regions. In all investigations performed, analyzes of special, asymptotic and numerical cases were made for the results obtained.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESNesta tese, investigamos os efeitos combinados da curvatura do espaço-tempo, da topologia não-trivial, e da presença de campos externos, sobre as flutuações do vácuo quântico associadas a campos bosônicos e fermiônicos, ambos carregados. Analisamos as densidades de corrente bosônicas induzidas por um fluxo magnético ao longo do núcleo de uma corda cósmica ideal em um espaço-tempo anti-de Sitter com (D + 1) dimensões, admitindo que uma dimensão extra é compactificada e a presença de um fluxo magnético circundado pelo eixo compactificado. Neste contexto, mostramos que, por exemplo, apenas densidades de corrente ao longo das direções azimutal e axial são induzidas. Os valores esperados de vácuo do campo ao quadrado e do tensor energia-momento associados ao campo bosônico também são analisados. Para desenvolver estes cálculos, o conjunto completo de funções de onda normalizadas obedecendo uma condição de quasi-periodicidade ao longo da dimensão extra foi obtido e a função de Wightman de frequência positiva foi construída. Em um segundo estudo, analisamos os valores esperados de vácuo das densidades de corrente, condensado fermiônico e tensor energia-momento gerados no vácuo de um campo fermiônico. Neste caso, a geometria considerada foi o espaço-tempo antide Sitter (4 + 1)−dimensional na presença de um fluxo magnético ao longo do eixo de uma corda cósmica e uma dimensão extra compacta com fluxo magnético circundado pelo eixo compactificado. Para obter os valores esperados de vácuo mencionados acima, a equação de Dirac no espaço-tempo curvo para esta geometria foi resolvida e os modos fermiônicos obtidos. Por fim, no último capítulo desta tese analisamos as densidades de corrente fermiônicas induzidas por um fluxo magnético ao longo de uma corda cósmica e uma brana na geometria do espaço-tempo anti-de Sitter em (4 + 1) dimensões. Neste caso, a brana é paralela à fronteira anti-de Sitter e a corda cósmica é ortogonal à brana. A brana divide o espaço-tempo em duas regiões com diferentes propriedades do vácuo, e a única componente induzida ao longo da direção azimutal é estudada em cada uma destas regiões. Em todas as investigações realizadas, análises dos casos especiais, assintóticos e numéricos foram feitas para os resultados obtidos.Universidade Federal da ParaíbaBrasilFísicaPrograma de Pós-Graduação em FísicaUFPBMello, Eugênio Ramos Bezerra dehttp://lattes.cnpq.br/7168808484517999Mota, Herondy Francisco Santanahttp://lattes.cnpq.br/7446763932341234Santos, Wagner Oliveira dos2023-01-31T20:35:52Z2021-08-272023-01-31T20:35:52Z2021-07-29info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/26110porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2023-05-22T16:34:30Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/26110Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2023-05-22T16:34:30Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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description In this thesis, we investigate the combined effects of the spacetime curvature, the nontrivial topology and the presence of external fields on the quantum vacuum fluctuations associated with bosonic and fermionic charged fields. We analyze the bosonic current densities induced by a magnetic flux along the core of an idealized cosmic string in a anti-de Sitter space-time with (D + 1) dimensions, assuming that an extra dimension is compactified and the presence of a magnetic flux enclosed by the compactified axis. In this context, we show, for instance, that only azimuthal and axial current densities are induced. The vacuum expectation values of the squared field and the energy-momentum tensor associated with the bosonic field are also analyzed. To develop these calculations, the complete set of normalized wave functions obeying a quasiperiodicity condition along the extra dimension was obtained and the positive frequency Wightman function has been constructed. The vacuum expectation values of the current densities, fermionic condensate and energy-momentum tensor generated in the vacuum of a fermionic field were also analyzed. In this case, the geometry considered was the (4 + 1)−dimensional anti-de Sitter space-time in the presence of a magnetic flux along the axis of a cosmic string and a compact extra dimension with a magnetic flux enclosed by its compactified axis. To obtain the vacuum expectation values mentioned above, the Dirac equation in curved space-time for this geometry was solved and the fermionic modes were obtained. Finally, in the last chapter of this thesis we analyze the fermionic current densities induced by a magnetic flux along a cosmic string and a brane in the geometry of the anti-de Sitter space-time in (4 + 1) dimensions. In this case, the brane is parallel to the anti-de Sitter boundary and the cosmic string is orthogonal to the brane. The brane divides the spacetime into two regions with different vacuum properties, and the only induced component along the azimuthal direction is studied in each of these regions. In all investigations performed, analyzes of special, asymptotic and numerical cases were made for the results obtained.
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