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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-91802
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2018/9180/


On Quantum Anomalous Effects in Electrodynamics of the Early Universe

Über Quantenanomale Effekte in der Elektrodynamik des frühen Universums

Pavlovic, Petar

pdf-Format:
 Dokument 1.pdf (1.023 KB) 


SWD-Schlagwörter: Physik , Kosmologie , Elektrodynamik , Magnetohydrodynamik , Turbulenz , Kosmos <Begriff>
Freie Schlagwörter (Englisch): Physics , Cosmology , Electrodynamics , Magnetohydrodynamics , Turbulence , Universe,
Basisklassifikation: 39.30
Institut: Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Sigl, Günter (Prof. Dr)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 18.05.2018
Erstellungsjahr: 2018
Publikationsdatum: 27.06.2018
Kurzfassung auf Englisch: This dissertation studies the quantum anomalous effects on the description of
high energy electrodynamics. We argue that on the temperatures comparable
to the electroweak scale, characteristic for the early Universe and objects like
neutron stars, the description of electromagnetic fields in conductive plasmas
needs to be extended to include the effects of chiral anomaly. It is demonstrated
that chiral effects can have a significant influence on the evolution of magnetic
fields, tending to produce exponential amplification, creation of magnetic helic-
ity from initially non-helical fields, and can lead to an inverse energy transfer.
We further discuss the modified magnetohydrodynamic equations around the
electroweak transition. The obtained solutions demonstrate that the asymme-
try between right-handed and left-handed charged fermions of negligible mass
typically grows with time when approaching the electroweak crossover from
higher temperatures, until it undergoes a fast decrease at the transition, and
then eventually gets damped at lower temperatures in the broken phase. At the
same time, the dissipation of magnetic fields gets slower due to the chiral ef-
fects. We furthermore report some first analytical attempts in the study of chiral
magnetohydrodynamic turbulence. Using the analysis of simplified regimes and
qualitative arguments, it is shown that anomalous effects can strongly support
turbulent inverse cascade and lead to a faster growth of the correlation length,
when compared to the evolution predicted by the non-chiral magnetohydrody-
namics. Finally, the discussion of relaxation towards minimal energy states in
the chiral magnetohydrodynamic turbulence is also presented.

Kurzfassung auf Deutsch: Diese Dissertation befasst sich mit anomalen Quanteneffekten, die bei der Beschrei-
bung von Hochenergie-Elektrodynamik relevant werden. Wir argumentieren,
dass bei Temperaturen vergleichbar mit der elektroschwachen Skala, wie sie für
das frühe Universum und Objekte wie Neutronensterne charakteristisch sind,
die Beschreibung elektromagnetischer Felder erweitert werden muss, um Ef-
fekte der chiralen Anomalie zu berücksichtigen. Es wird demonstriert, dass chi-
rale Effekte einen signifikanten Einfluss auf die Evolution magnetischer Felder
haben können, mit der Tendenz, diese exponentiell zu verstärken, magnetische
Helizität zu erzeugen und zu einer inversen Kaskade zu führen. Weiterhin be-
handeln wir die modifizierten magneto-hydrodynamischen Gleichungen um den
elektroschwachen Übergang herum. Die so erhaltenen Lösungen demonstrieren,
dass die Asymmetrie, zwischen rechtshändigen und linkshändigen geladenen
Fermionen von vernachlässigbarer Masse, typischer Weise mit der Zeit wächst,
bevor das primordiale Plasma die elektroschwache Skala erreicht hat. Während
des elektroschwachen Phasenübergangs fällt die Assymetrie rasch ab und bei
kleineren wird diese gedämpft. Zudem führen chirale Effekte zu einer Ver-
ringerung von Energieverlusten der magnetischen Felder. Außerdem berichten
wir von ersten analytischen Studien über die chirale magnetohydrodynamis-
che Turbulenz. Durch Nutzung einer Analyse eines vereinfachten Regimes und
qualitativer Argumente wird gezeigt, dass anomale Effekt turbulente inverse
Kaskaden unterstützen und zu einem schnelleren Wachstum der Korrelation-
slänge führen, im Vergleich zur Vohersagen über die Entwicklung nicht-chiraler
Magnetohydrodynamik. Zuletzt präsentieren wir auch eine Diskussion über die
Relaxation chiraler magnetohydrodynamischer Turbulenz zu einem minimalen
Energieniveau.

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