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:20260827T083000Z UID:indico-event-14183@indico.ijclab.in2p3.fr DESCRIPTION:"Phénoménologie de l’univers primordial en présence d’u n inflaton et de trous noirs primordiaux"\nRésumé :\nL’inflation const itue aujourd’hui le paradigme de référence pour décrire l’Univers p rimordial\, car elle résout plusieurs problèmes du modèle cosmologique. Ce cadre explique l’homogénéité et l’absence de courbure observée s dans l’Univers\, tout en reproduisant fidèlement les anisotropies du fond diffus cosmologique (CMB) et les grandes structures (LSS). Cependant\ , l’inflation doit s’achever et transférer son énergie à des degré s de liberté relativistes pour transitionner vers l’univers chaud. Cett e phase\, appelée réchauffement\, demeure la période la moins contraint e 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 cohérente avant la BBN doit également expliquer plus ieurs processus\, notamment la production de matière noire et la généra tion de l’asymétrie matière-antimatière. La complexité s’accroît d’autant plus lorsque des éléments supplémentaires\, tels que les cor des cosmiques\, les trous noirs primordiaux (PBH) ou divers modèles de ma tière noire\, sont pris en compte. Cette diversité de scénarios\, assoc iée aux incertitudes persistantes quant à l’inflation\, complique l’ élaboration d’un cadre unifié. Cette thèse examine une réalisation m inimale de l’inflation\, dans laquelle un unique champ scalaire supplém entaire\, l’inflaton\, gouverne l’inflation et le réchauffement. Apr ès la phase de “slow roll”\, l’inflaton oscille de façon cohérent e autour du minimum de son potentiel\, formant un condensat homogène dont les couplages permettent un réchauffement efficace. Plusieurs aspects ph énoménologiques de ce scénario sont explorés. Un premier axe d’étud e porte sur un inflaton léger potentiellement accessible expérimentaleme nt. Dans le cas d’un couplage inflaton–Higgs\, il est démontré qu’ au-delà d’une température minimale de réchauffement\, l’inflaton pe ut stabiliser le potentiel du Higgs tout en restant compatible avec les co ntraintes actuelles. L’étude est ensuite étendue à la production de m atière noire\, montrant que l’injection continue d’entropie pendant l e réchauffement permet un découplage relativiste\, normalement exclu dan s le scénario standard. Le redshift accru pendant le réchauffement refro idit efficacement la matière noire\, conformément aux contraintes observ ationnelles\, et conduit à un comportement intermédiaire entre les méca nismes de freeze-in et de freeze-out. Nous considérons ensuite les effets non perturbatifs liés aux autocouplages de l’inflaton. Il est montré que la dynamique non linéaire induite entraîne un transfert rapide d’ énergie vers les quanta de l’inflaton\, détruisant l’homogénéité initiale du condensat et modifiant le processus de réchauffement. Enfin\, le dernier chapitre se concentre sur la possibilité que les trous noirs primordiaux soient à l’origine du réchauffement. Si l’inflaton est s uffisamment stable\, sa dilution rapide peut conduire à une phase de domi nation des PBH\, dont l’évaporation alimente la radiation. Ce scénario présente notamment l’intérêt de produire un spectre minimal d’onde s gravitationnelles\, lequel est présenté dans ce travail.\n"Early unive rse phenomenology with an inflaton and primordial black holes"\nAbstract :  \nInflation is widely recognized as the leading paradigm for describing the universe's initial state as it addresses several limitations of the st andard ΛCDM cosmology. It elegantly explains the observed homogeneity and flatness of the universe\, and accurately predicts the anisotropies of th e Cosmic Microwave Background (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 degrees of freedom. This phase\, called reheating\, is the least constrained period in modern cosmology\, as the only robust lower bound on it is provided by Big Bang Nucleosynthesis (BBN)\, which oc curs at temperatures on the order of an MeV. A successful cosmology before BBN should additionally feature several other processes\, such as dark ma tter production and the generation of the matter–antimatter asymmetry\, among others. The problem tightens as modifications of the cosmological or particle ingredients\, such as cosmic strings\, primordial black holes (P BH)\, or various dark matter models\, will affect the evolution. This\, al ong with the uncertainty about inflation\, makes convergence toward a unif ied scenario rather challenging. In this thesis\, we focus on a minimal in flationary realization in which a single additional scalar field\, the inf laton\, slowly rolls down its potential. This slow roll phase allow for a successful inflation to occur before reheating is achieved when the scalar field falls at the minimum of the potential\, where it starts to coherent ly oscillate as an homogeneous condensate in a monomial potential. These o scillations\, along with dedicated couplings\, allow for continuous inject ion of entropy and source the radiation before it dominates the energy bud get of the universe. We study several phenomenological possibilities of th is perturbative scenario when coupled to other physics. First\, we conside r a specific setup in which the inflaton can consistently exhibit a small bare mass within reach of experiment. We constrain this light inflaton sce nario in the case of an inflaton-Higgs coupling\, showing that above a min imal reheating temperature\, the inflaton can cure the Higgs instability\, maintain a consistent reheating and evade experimental bounds. We then ex tend our considerations to dark matter production\, showing that continuou s entropy injection during reheating makes relativistic dark matter decoup ling viable\, even though it is forbidden in standard radiation domination . The enhanced redshift induced by these models cools the dark matter in a greement with current constraints on structure formation and relativistic degrees of freedom\, it interestingly features a mixed behavior between st andard freeze-in and freeze-out physics. Going further\, we consider the p otential non-perturbative effects happening near the end of inflation. We investigate the inflaton self-motion (without couplings) when self-couplin gs are present around the minimum of the potential. We demonstrate that th e resulting nonlinear equation of motion induces abrupt energy transfer to the inflaton quanta after a finite time\, thereby spoiling the initial ho mogeneity of the condensate and spoiling the standard perturbative picture for specific reheating channels. Finally\, the last chapter is devoted to the possibility that primordial black holes serve as the main reheating c hannel. If the inflaton is sufficiently long-lived\, its fast redshift can imply a period of PBH domination whose evaporation can source the radiati on bath. This scenario is of particular interest because it should be acco mpanied by minimal gravitational-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 Recherc he\, Université Libre de Bruxelles (FNRS)-Vincent Vennin Rapporteur & Exa minateur Chargé de Recherche\, LPENS\, Sorbonne Université (CNRS)-Daniè le Steer Examinatrice Directrice de Recherche\, LPENS\, Sorbonne Universit é (CNRS)-Kalliopi Petraki Examinatrice Professeure\, LPENS\, Sorbonne Uni versité-Pasquale Serpico Examinateur Directeur de Recherche\, LAPTh\, Uni versité Savoie Mont Blanc (CNRS)-Joseph Silk Examinateur Directeur de Rec herche\, IAP\, Sorbonne Université (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