BEGIN:VCALENDAR VERSION:2.0 PRODID:-//CERN//INDICO//EN BEGIN:VEVENT SUMMARY:Mathieu Gross "Phénoménologie de l’univers primordial en prés ence d’un inflaton et de trous noirs primordiaux" DTSTART:20260903T080000Z DTEND:20260903T100000Z DTSTAMP:20261006T181700Z UID:indico-event-14183@indico.ijclab.in2p3.fr DESCRIPTION:Lien de connexion / Link : https://ijclab.zoom.us/j/9474893714 3?pwd=v5ANUdTddq1ghCFx7z7tI5daFujFRt.1\nMerci de laisser fermés camera et micro de votre ordinateur pendant la soutenance.\nPlease keep your camera and microphone switched off throughout the defense.\n \n"Phénoménologi e de l’univers primordial en présence d’un inflaton et de trous noirs primordiaux"\nRésumé :\nL’inflation constitue aujourd’hui le paradi gme de référence pour décrire l’Univers primordial\, car elle résout plusieurs problèmes du modèle cosmologique. Ce cadre explique l’homog énéité et l’absence de courbure observées dans l’Univers\, tout en reproduisant fidèlement les anisotropies du fond diffus cosmologique (CM B) et les grandes structures (LSS). Cependant\, l’inflation doit s’ach ever et transférer son énergie à des degrés de liberté relativistes p our transitionner vers l’univers chaud. Cette phase\, appelée réchauff ement\, demeure la période la moins contrainte de la cosmologie moderne\, la seule borne robuste étant fournie par la nucléosynthèse primordiale (BBN)\, à des températures de l’ordre du MeV. Une cosmologie cohéren te avant la BBN doit également expliquer plusieurs processus\, notamment la production de matière noire et la génération de l’asymétrie mati ère-antimatière. La complexité s’accroît d’autant plus lorsque des éléments supplémentaires\, tels que les cordes cosmiques\, les trous n oirs primordiaux (PBH) ou divers modèles de matière noire\, sont pris en compte. Cette diversité de scénarios\, associée aux incertitudes persi stantes quant à l’inflation\, complique l’élaboration d’un cadre u nifié. Cette thèse examine une réalisation minimale de l’inflation\, dans laquelle un unique champ scalaire supplémentaire\, l’inflaton\, go uverne l’inflation et le réchauffement. Après la phase de “slow roll ”\, l’inflaton oscille de façon cohérente autour du minimum de son p otentiel\, formant un condensat homogène dont les couplages permettent un réchauffement efficace. Plusieurs aspects phénoménologiques de ce scé nario sont explorés. Un premier axe d’étude porte sur un inflaton lég er potentiellement accessible expérimentalement. Dans le cas d’un coupl age inflaton–Higgs\, il est démontré qu’au-delà d’une températur e minimale de réchauffement\, l’inflaton peut stabiliser le potentiel d u Higgs tout en restant compatible avec les contraintes actuelles. L’ét ude est ensuite étendue à la production de matière noire\, montrant que l’injection continue d’entropie pendant le réchauffement permet un d écouplage relativiste\, normalement exclu dans le scénario standard. Le redshift accru pendant le réchauffement refroidit efficacement la matièr e noire\, conformément aux contraintes observationnelles\, et conduit à un comportement intermédiaire entre les mécanismes de freeze-in et de fr eeze-out. Nous considérons ensuite les effets non perturbatifs liés aux autocouplages de l’inflaton. Il est montré que la dynamique non linéai re induite entraîne un transfert rapide d’énergie vers les quanta de l ’inflaton\, détruisant l’homogénéité initiale du condensat et modi fiant le processus de réchauffement. Enfin\, le dernier chapitre se conce ntre sur la possibilité que les trous noirs primordiaux soient à l’ori gine du réchauffement. Si l’inflaton est suffisamment stable\, sa dilut ion rapide peut conduire à une phase de domination des PBH\, dont l’év aporation alimente la radiation. Ce scénario présente notamment l’int érêt de produire un spectre minimal d’ondes gravitationnelles\, lequel est présenté dans ce travail.\n"Early universe phenomenology with an in flaton and primordial black holes"\nAbstract : \nInflation is widely reco gnized as the leading paradigm for describing the universe's initial state as it addresses several limitations of the standard ΛCDM cosmology. It e legantly explains the observed homogeneity and flatness of the universe\, and accurately predicts the anisotropies of the Cosmic Microwave Backgroun d (CMB) and the Large-Scale Structures (LSS). However\, to be consistently embedded within the cosmological evolution\, inflation should end and be accompanied by a mechanism that transfers the energy to relativistic degre es of freedom. This phase\, called reheating\, is the least constrained pe riod in modern cosmology\, as the only robust lower bound on it is provide d by Big Bang Nucleosynthesis (BBN)\, which occurs at temperatures on the order of an MeV. A successful cosmology before BBN should additionally fea ture several other processes\, such as dark matter production and the gene ration of the matter–antimatter asymmetry\, among others. The problem ti ghtens as modifications of the cosmological or particle ingredients\, such as cosmic strings\, primordial black holes (PBH)\, or various dark matter models\, will affect the evolution. This\, along with the uncertainty abo ut inflation\, makes convergence toward a unified scenario rather challeng ing. In this thesis\, we focus on a minimal inflationary realization in wh ich a single additional scalar field\, the inflaton\, slowly rolls down it s potential. This slow roll phase allow for a successful inflation to occu r before reheating is achieved when the scalar field falls at the minimum of the potential\, where it starts to coherently oscillate as an homogeneo us condensate in a monomial potential. These oscillations\, along with ded icated couplings\, allow for continuous injection of entropy and source th e radiation before it dominates the energy budget of the universe. We stud y several phenomenological possibilities of this perturbative scenario whe n coupled to other physics. First\, we consider a specific setup in which the inflaton can consistently exhibit a small bare mass within reach of ex periment. We constrain this light inflaton scenario in the case of an infl aton-Higgs coupling\, showing that above a minimal reheating temperature\, the inflaton can cure the Higgs instability\, maintain a consistent rehea ting and evade experimental bounds. We then extend our considerations to d ark matter production\, showing that continuous entropy injection during r eheating makes relativistic dark matter decoupling viable\, even though it is forbidden in standard radiation domination. The enhanced redshift indu ced by these models cools the dark matter in agreement with current constr aints on structure formation and relativistic degrees of freedom\, it inte restingly features a mixed behavior between standard freeze-in and freeze- out physics. Going further\, we consider the potential non-perturbative ef fects happening near the end of inflation. We investigate the inflaton sel f-motion (without couplings) when self-couplings are present around the mi nimum of the potential. We demonstrate that the resulting nonlinear equati on of motion induces abrupt energy transfer to the inflaton quanta after a finite time\, thereby spoiling the initial homogeneity of the condensate and spoiling the standard perturbative picture for specific reheating chan nels. Finally\, the last chapter is devoted to the possibility that primor dial black holes serve as the main reheating channel. If the inflaton is s ufficiently long-lived\, its fast redshift can imply a period of PBH domin ation whose evaporation can source the radiation bath. This scenario is of particular interest because it should be accompanied by minimal gravitati onal-wave production\, which we discuss.\n \n \nMembres du jury :\n-Adam Falkowski Président Directeur de Recherche\, IJClab (CNRS)-Michel Tytgat Rapporteur & Examinateur Directeur de Recherche\, Université Libre de Br uxelles (FNRS)-Vincent Vennin Rapporteur & Examinateur Chargé de Recherch e\, LPENS\, Sorbonne Université (CNRS)-Danièle Steer Examinatrice Direct rice de Recherche\, LPENS\, Sorbonne Université (CNRS)-Kalliopi Petraki E xaminatrice Professeure\, LPENS\, Sorbonne Université-Pasquale Serpico Ex aminateur Directeur de Recherche\, LAPTh\, Université Savoie Mont Blanc ( CNRS)-Joseph Silk Examinateur Directeur de Recherche\, IAP\, Sorbonne Univ ersité (CNRS)\n\nhttps://indico.ijclab.in2p3.fr/event/14183/ LOCATION:200/0-Auditorium - Auditorium P. Lehmann (IJCLab) URL:https://indico.ijclab.in2p3.fr/event/14183/ END:VEVENT END:VCALENDAR