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Obstacles to realizing Quintessence from String Theory

Skrzypek, Torben

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Download (582kB) | Lizenz: Creative Commons LizenzvertragObstacles to realizing Quintessence from String Theory by Skrzypek, Torben underlies the terms of Creative Commons Attribution 4.0

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Abstract

In this master thesis we analyze the construction of quintessence models by flux compactification of type IIB string theory. We focus on Kähler moduli as candidates for the quintessence field and briefly comment on other approaches. The large hierarchies required for simultaneously describing quintessence and the standard model pose a major challenge to model building and depend upon parametric control over the scalar potential, which is gained in the limit of large compactification volume. Further suppression of the quintessence scale can be achieved by an anisotropic compactification. However, by lowering the quintessence mass we also lower the masses of several other fields. As has been noticed before, the volume modulus becomes too light to avoid fifth-force constraints. We call this the "light volume problem". Furthermore, the masses of the SUSY partners of standard-model fields turn out too light as well, so we need a further source of SUSY breaking. Introducing an appropriate SUSY-breaking hidden sector on the standard-model brane then leads to a large positive F-term contribution to the scalar potential that cannot be canceled by the known negative terms and thus significantly raises the vacuum energy. To cancel the F-term, it would take an equally large negative contribution, which is currently unknown.

In the context of the de Sitter swampland conjecture, this "F-term problem" raises yet another question. If we manage to cancel the F-term with some large additional contribution, a tiny change of parameters in the SUSY-breaking sector could de-tune this cancellation and uplift the potential to de Sitter. Since the conjecture does not allow for such potentials, there has to be some mechanism preventing the uplift.

Translation of abstract (German)

In dieser Masterarbeit untersuchen wir die Konstruktion von Quintessenzmodellen durch Kompaktifizierung von Typ IIB Stringtheorie. Wir fokussieren uns auf Kählermoduli als Kandidaten für das Quintessenzfeld und kommentieren andere Ansätze kurz. Die großen Hierarchien, die die gleichzeitige Beschreibung von Quintessenz und Standardmodell benötigt, stellen eine besondere Herausforderung für die Modellbildung dar. Man benötigt für ihre Umsetzung parametrische Kontrolle über die Potenzialterme, die im Grenzwert großer Kompaktifizierungsvolumina gewährleistet ist. Eine weitere Unterdrückung der Quintessenzskala lässt sich durch anisotrope Kompaktifizierung erreichen. Allerdings verringern sich durch das Absenken der Quintessenzmasse auch die Massen anderer Felder. Bereits bekannt ist, dass der Volumenmodulus zu leicht wird, um den Beschränkungen an fünfte Kräfte zu entgehen. Wir nennen dies das "leichte Volumen Problem". Außerdem werden die Massen der Superpartner des Standardmodells zu leicht, sodass eine weitere Quelle für Brechung der Supersymmetrie benötigt wird. Das Einführen eines angemessen SUSY-brechenden verborgenen Sektors auf der Standardmodellbrane führt zu einem großen positiven F-term-Beitrag zum Skalarpotential, der nicht durch die bekannten negativen Beiträge aufgehoben werden kann und so die Vakuumenergie beträchtlich hebt. Es bedarf eines ebenso großen negativen Beitrages, um diesen F-term aufzuheben. Ein solcher Beitrag ist bislang unbekannt. Im Kontext der de Sitter-Sumpfland-Vermutung führt dieses "F-term Problem" zu einer weiteren Frage. Wenn eine Aufhebung des F-terms durch einen zusätzlichen großen Beitrag möglich ist, könnte eine kleine Veränderung der SUSY-brechenden Parameter zu einer Missabstimmung dieser Aufhebung führen und das Potential auf de Sitter-Niveau anheben. Da die Vermutung solche Potentiale nicht zulässt, muss es einen Mechanismus geben, der das Anheben des Potentials verhindert.

Item Type: Master's thesis
Supervisor: Hebecker, Prof. Dr. Arthur
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 2019
Date Deposited: 09 Mar 2020 12:18
Date: 2020
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute for Theoretical Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Stringtheorie, Kosmologie
Uncontrolled Keywords: Quintessence, Flux compactification, SUSY Breaking
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