Sondando gli effetti termici su spaziotempi statici con i rivelatori di Unruh-DeWitt

In the lack of a full-fledged theory of quantum gravity, I consider free, scalar, quantum fields on curved spacetimes to gain insight into the interaction between quantum and gravitational phenomena. I employ the Unruh-DeWitt detector approach to probe thermal, quantum effects on static, non-globally hyperbolic spacetimes. In this context, all physical observables depend on the choice of a boundary condition that cannot be singled-out, in general, without resorting to an experiment. Notwithstanding, the framework applied admits a large family of (Robin) boundary conditions and grants us physically-sensible dynamics and two-point functions of local Hadamard form. I discover that the anti-Unruh/Hawking effects are not manifest for thermal states on the BTZ black hole, nor on massless topological black holes of four dimensions. Whilst the physical significance of these statistical effects remains puzzling, my work corroborates their non-trivial relation with the KMS condition and reveals the pivotal influence of the spacetime dimension in their manifestation. On global monopoles, I find that for massless minimally coupled fields the transition rate, the thermal fluctuations and the energy density remain finite at the singularity only for Dirichlet boundary condition. For conformally coupled fields, although the energy density diverges for all boundary conditions, the transition rate and the thermal fluctuations vanish at the monopole; indicating that even if there is infinite energy, no spontaneous emission occur if the quantum field is not fluctuating. Moreover, I explicitly construct two-point functions for ground and thermal states on Lifshitz topological black holes, setting the ground for future explorations in this Lorentz breaking context. I expect my work to bring awareness on the intricate role played by choosing different boundary conditions, to stimulate the debate on thermal effects on black holes and naked singularities, and to promote the power and usefulness of semi-classical analyses.

Considero campi quantistici liberi, scalari, su spazio-tempi curvi per ottenere informazioni sull'interazione tra fenomeni quantistici e gravitazionali. Uso l'approccio del rivelatore Unruh-DeWitt per sondare gli effetti termici e quantistici su spaziotempi statici e non globalmente iperbolici. In questo contesto, tutte le osservabili fisiche dipendono dalla scelta di una condizione al contorno che non può essere individuata, in generale, senza ricorrere a un esperimento. Nonostante ciò, il framework applicato ammette una grande famiglia di condizioni al contorno (Robin) e ci garantisce dinamiche fisicamente sensibili e funzioni a due punti della forma Hadamard locale. Scopro che gli effetti anti-Unruh/Hawking non sono evidenti per gli stati termici sul buco nero BTZ, né per i buchi neri topologici senza massa di quattro dimensioni. Sebbene il significato fisico di questi effetti statistici rimanga sconcertante, il mio lavoro corrobora la loro relazione non banale con la condizione KMS e rivela l'influenza fondamentale della dimensione spaziotemporale nella loro manifestazione. Sui monopoli globali, trovo che per campi accoppiati minimamente privi di massa la velocità di transizione, le fluttuazioni termiche e la densità di energia rimangono finite alla singolarità solo per la condizione al contorno di Dirichlet. Per i campi accoppiati in modo conforme, sebbene la densità di energia diverga per tutte le condizioni al contorno, la velocità di transizione e le fluttuazioni termiche svaniscono al monopolio; indicando che anche se c'è energia infinita, non si verifica alcuna emissione spontanea se il campo quantistico non è fluttuante. Inoltre, costruisco esplicitamente funzioni a due punti per gli stati del suolo e termici sui buchi neri topologici di Lifshitz, ponendo le basi per future esplorazioni in questo contesto di rottura di Lorentz. Mi aspetto che il mio lavoro porti consapevolezza sull'intricato ruolo svolto dalla scelta di diverse condizioni al contorno, stimoli il dibattito sugli effetti termici sui buchi neri e sulle singolarità nude e promuova la potenza e l'utilità delle analisi semi-classiche.