Applications of the D-instanton calculus in type IIB orientifold compactifications [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Sebastian Moster

Sebastian Moster

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• Physik

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• Publié par: ludwig-maximilians-universitat_munchen
• Publié le: 01 janvier 2010
• Nombre de lectures: 13
• Langue: Deutsch

Extrait

Sebastian Moster
Applications of the D-Instanton Calculus
in T ype IIB Orientifold Compactifications
Münc hen 2010Sebastian Moster
Applications of the D-Instanton Calculus
in T ype IIB Orientifold Compactifications
Dissertation
an der F akultät für Ph ysik
der Lud wig-Maximilians-Uni v ersität
Münc hen
v orgelegt v on
Sebastian Moster
aus Landau i. d. Pfalz
Münc hen, den 17. 03. 2010Er stgutachter : Pr i v .-Doz. Dr . r er . nat. alph Blumenhag en
Zw eitgutachter : Pr of . Dr . r er . nat. Dieter Lüst
T ag der m ündlichen Pr üfung: 22. 06. 2010Zusammenf assung
In dieser Disser tation w er den Str ingk ompaktifizier ungen im F or malism us der T yp I I B Str ing-
theor ie mit g r oßem V olumen (engl. “ L A  G E v olume models”) unter sucht. Diese Klasse v on
K ompaktifizier ungen besitzt eine in vielerlei Hinsicht phänomenolo g isch inter essante effek-
ti v e Nieder energ iefeldtheor ie . Thema dieser Arbeit ist die W eiter entwicklung dieser Mo-
delle moti vier t dur ch neuer e Erk enntnisse im D-Branen-Instantonkalkül der Str ingtheor ie .
Nach einer kurzen, allgemeinen Einführ ung in die Str ingtheor ie und insbesonder e in
T yp I I B Orbifolds und der en K onsistenzbedingungen in Kapitel  und  w er den in Kapitel 
die Modelle mit g r oßem V olumen ausführlich v orgestellt und die bisher igen Erk enntnisse zu
der en Phänomenolo g ie – wie Skalenhierar chien, Eichk opplungen, Super symmetr iebr ech-
ung und k osmolo g ische Fragestellungen – bespr ochen.
Ein w esentlicher Bestandteil in der K onstr uktion der Modelle mit g r oßem V olumen ist das
Stabilisier en v on Modulifelder n mit Hilfe v on nicht-per turbati v en Beiträgen zum Super po-
tential in der effekti v en Nieder energ iefeldtheor ie , die v on D-Branen-Instantonen oder Gau-
g inok ondensaten her v orger ufen w er den. Mit neuer en Erk enntnissen im D-Branen-Instant-
onkalkül wir d in Kapitel  gezeigt, dass die Modulistabilisier ung mit dem bisher ange w en-
deten Mechanism us nicht mit der Existenz v on chiralen F er mionen, wie sie im Standar d-
modell der Elementar teilchenph ysik v ork ommen, v er träglich ist. Es wir d ein modifizier ter
Mechanism us v orgeschlagen, bei dem die Modulifelder dur ch Hinzunahme v on D-T er men
stabilisier t w er den.
In Kapitel  wir d dur ch so g. P olyinstantonk or r ektur en\ zur eichkinetischen Funktion
"
ein neues Szenar io mit g r oßem V olumen k onstr uier t, bei dem die Str ingskala ohne F ein-
abstimm ung nicht in einem wie in diesen Modellen üb lichen inter mediär en Ber eich v on
11 16etw a 10 Ge V liegt, sonder n bei 10 Ge V. Somit wir d diese K onstr uktion auch für g r oße
v er einheitlichte Theor ien ( G U T -Theor ien) mitSU(5) - oderSO(10) -Eichg r uppen inter-
essant. Dies wir d an expliziten Modellen v orgeführ t.
Zuletzt wir d in Kapitel  Super symmetr iebr echung in Szenar ien mit g r oßem V olumen
behandelt. Dur ch den neuen Mechanism us zur Modulistabilisier ung wir d nahegelegt, dass
die Super symmetr iebr echung dur ch ein v on den M S S M -Branen v öllig isolier tes D-Branen-
Instanton her v orger ufen wir d. Die Beiträge v on unter schiedlichen Mediationsmechanismen
zu den Softter men des M S S M w er den detaillier t ber echnet und v erglichen.Contents
1. Intr oduction 1
1.1. Pr ob lems of the Standar d Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2. Super symmetr y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3. Str ing Theor y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4. The V acuum Pr ob lem of Str ing Theor y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.5. Appr oaches to Model Building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.6. Moduli Stabilization and the L A  G E v olume scenar io . . . . . . . . . . . 8
1.7. Ov er vie w o v er this Thesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2. T ype I I B Str ing Theor y and Model Building 11
2.1. T en Dimensional Lo w-Energy Effecti v e Action . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2. Compactifications on Calabi–Y au Manifolds . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3. A No-Go Theor em for Flux es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.4. on Or ientifolds of Calabi–Y au Manifolds . . . . . . . . 20
2.5. Compactifications with Non-T r i vial Flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.6. D-Branes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.7. D-Brane Instantons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.8. De Sitter V acua in Str ing Theor y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3. The L A  G E V olume Scenar io 39
03.1. P er turbati v e Cor r ections in to the Kähler potential . . . . . . . . . . . . 40
3.2. The Scalar P otential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
43.3. TheP [18] example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
[1;1;1;6;9]
3.4. Str ing Loop Cor r ections to the Kähler P otential . . . . . . . . . . . . . . 49
3.5. Scales and Moduli Masses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.6. Soft S U S Y Br eaking T er ms for Chiral Matter . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.7. Moduli Infl ation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.8. Cosmolo g ical Moduli Pr ob lem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4. Moduli Sta bilization and Chirality 67
4.1. Instantons and Chirality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.1.1. E3-brane Instantons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.1.2. Moduli Stabilization for Chiral Models . . . . . . . . . . . . . . . 70
viiviii C       
4.1.3. The Chiral D7-brane Sector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.1.4. Moduli Stabilization with D-T er ms . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4.1.5. F-ter m Scalar P otential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.2. An Example on theP [15] Calabi–Y au . . . . . . . . . . . . . . . . 78[1;3;3;3;5]
4.2.1. The T opolo gy ofP [15] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79[1;3;3;3;5]
4.2.2. Moduli Stabilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5. G U T Models in the L A  G E V olume Scenar io 91
5.1. Instanton Cor r ections and Gaug ino Condensates . . . . . . . . . . . . . . 92
5.2. Super symmetr ic G U T Scenar ios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5.2.1. Model 1: A Star ter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.2.2. Model 2: A Mix ed Anomaly–Gra vity Mediated Model . . . . . . . 99
5.2.3. Model 3: An L V S lik e Superg ra vity Model . . . . . . . . 101
5.3. Comment on the Cosmolo g ical Constant . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
6. S U S Y Br eaking in Local Str ing/F-Theor y Models 107
6.1. Effecti v e Field Theor ies and Moduli Stabilization . . . . . . . . . . . . . . 108
6.2. Gra vity Mediated Soft T er ms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
6.2.1. Str uctur e of Soft T er ms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
6.2.2. Summar y of Gra vity Mediated Soft Masses . . . . . . . . . . . . . 119
6.2.3. Uplift and Cancellations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
6.3. Consequences for Super symmetr y Br eaking . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
6.3.1. Gauge Mediated Scenar ios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
6.3.2. Implications for the Cosmolo g ical Moduli Pr ob lem . . . . . . . . . 126
6.3.3. for Model Building . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
7. Summar y and Discussion 129
A. Cohomolo gy classes of line b undles 135
B . The P [30] Cala bi–Y au 137[1;1;3;10;15]
C . V anishing D-ter ms Including Matter 141
Bib lio g raph y 145
Ackno wledgments 159List of Figur es
2.1. Minima in the K K L T constr uction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.1. Singular r ig id di visor s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
164.2. The potentialV(V; ; ) forV = 2:1510 . . . . . . . . . . . . . . . . 88b c
4.3. TheV(V; ; ) for = 0:33 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88b c c
5.1. Distr ib ution ofm for a scan o v er natural parameter s . . . . . . . . . . . 963/2
5.2. F-ter m potential of the G U T model  in the vicinity of the minim um. . . . 97
5.3. F-ter m of the G U T model  in the of the minim um. . . . 106
5.4. F-ter m potential of the G U T model  in the vicinity of the minim um. . . . 106
5.5. F-ter m of the model in the vicinity of the minim um. . . . . . . 106
ix