Tests of fundamental physics with cosmological observables

This thesis investigates the interplay between fundamental physics and cosmological observables, offering a comprehensive examination of how cutting-edge cosmological data can constrain extensions of current theories. The work begins with a detailed exploration of the standard framework of particle cosmology, encompassing the thermal history of the Universe, the inflationary paradigm, and neutrino phenomenology. In the second part, particular emphasis is placed on non-standard neutrino physics in the early Universe. Specifically, we study their behavior in very low reheating scenarios and their optical activity when the neutrino sector is extended with non-standard interactions. Finally, the focus moves to the late Universe observables, extending the study to signatures of primordial oscillatory features in the LSS of the Universe, employing advanced techniques in perturbation theory and N-body simulations to assess their imprints on observables. The results of this work contribute to the refinement of theoretical understanding of the Universe’s evolution, highlighting potential deviations in standard predictions and offering insights into physical mechanisms possibly opening new avenues for future observations to test models of physics BSM.

Questa tesi indaga l'interazione tra fisica fondamentale e osservabili cosmologiche, offrendo un esame completo di come i dati cosmologici all'avanguardia possano vincolare estensioni delle attuali teorie. Il lavoro inizia con un'analisi dettagliata del quadro standard della cosmologia delle particelle, che include la storia termica dell'Universo, il paradigma inflazionario e la fenomenologia dei neutrini. Nella seconda parte, viene posta particolare enfasi sulla fisica non-standard dei neutrini nell'Universo primordiale. In particolare, studiamo il loro comportamento in scenari di low reheating e la loro attività ottica quando il settore dei neutrini è esteso con interazioni non-standard. Infine, l'attenzione si sposta sugli osservabili dell'Universo tadivo, estendendo lo studio a segnature di features primordiali oscillatorie nella LSS dell'Universo, utilizzando tecniche avanzate di teoria delle perturbazioni e simulazioni N-body per valutarne le impronte sugli osservabili. I risultati di questo lavoro contribuiscono alla comprensione teorica dell'evoluzione dell'Universo, evidenziando potenziali deviazioni dalle predizioni standard e offrendo approfondimenti su meccanismi fisici che potrebbero aprire nuove strade per future osservazioni volte a testare i modelli di fisica BSM.