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5D Supersymmetric Orbifolds: Supergravity/Phenomenological Aspects

Paccetti Lobo de Mendonça Correia, Filipe

German Title: 5D Supersymmetrische Orbifolds: Supergravitation/Phänomenologische Aspekte

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Five-dimensional braneworlds attracted much attention in recent years, be it for phenomenological, cosmological or theoretical reasons. In this work we study supersymmetric theories compactified on the orbifold S1/Z2. We start with a short discussion of power-law unification, where 5D rigid super Yang-Mills theory is introduced in its superfield formulation. We develop a superfield description of 5D orbifold N = 2 supergravity coupled to vector and hyper multiplets. The basic building blocks are N = 1 supermultiplets obtained as reductions of the full multiplets of N = 2 conformal supersymmetry by Fujita, Kugo and Ohashi. After identifying the relevant superfields we build superspace actions for the vector, hyper and radion sectors. The couplings of these sectors to the 4D Weyl multiplet are obtained by the replacement of integrations over (flat) superspace by the F and D densities of 4D conformal supergravity. We then observe that a Weyl rescaling is enough to extend the formalism to warped geometries, and show how to consistently introduce brane-localized couplings. The superfield approach to 5D orbifold N = 2 supergravity is used to rederive the BPS conditions in the generalized Randall-Sundrum models without using the 4-form mechanism to introduce the odd couplings. It is noted that BPS conditions correspond to F and D flatness conditions, which are simple to obtain in this formalism. Next, a study of recent claims on supersymmetric radion stabilization leads us to speculate on a possible no-go theorem on this possibility. We then consider the supergravity embedding of tuned Fayet-Iliopoulos terms, show that they do not break supersymmetry even in warped geometries, and obtain new supersymmetric vacua with negative brane tensions and a bulk fat brane. We close with a study of supersymmetric models of gauge inflation.

Translation of abstract (German)

5D Braneworlds haben in den letzten Jahren große Aufmerksamkeit erzeugt, sei es aus phenomenologischen, kosmologischen oder theoretischen Gründen. Diese Arbeit befaßt sich mit supersymmetrischen Theorien kompaktifiziert auf dem Orbifold S1/Z2. Wir beginnen mit eine kurze Diskussion der Power-law großen Vereinigung, wobei die 5D globale Super-Yang-Mills Theorie eingeführt wird. Wir entwickeln eine Superfeld-Beschreibung der 5D Orbifold N = 2 Supergravitation gekoppelt an Vektor- sowie Hypermultiplets. Die Bausteine sind N = 1 Supermultiplets, welche durch Reduzierung der vollen Multiplets der N = 2 konformen Supersymmetrie, von Fujita, Kugo, Ohashi erhalten wurden. Wir identifizieren die relevanten Superfelder und formulieren die Superraum-Wirkungen für die Vektor-, Hyper- sowie Radion-Sektoren. Die Kopplung dieser Sektoren an das 4D Weyl Multiplet erfolgt durch Ersetzen der Integrale über den Superraum durch F- und D-Dichten der 4D konforme Supergravitation. Wir erklären wie durch eine Weyl Reskalierung dieser Formalismus zu Geometrien mit Warping erweitert werden kann, und zeigen wie konsistente Brane-Kopplungen eingeführt werden können. Wir wenden dann diesen Formalismus an, um die BPS Bedingungen für verallgemeinerte Randall-Sundrum Modelle herzuleiten, wobei die ungeraden Kopplungen ohne 4-Form Mechanism eingeführt werden. Da die BPS Gleichungen aus den Bedingungen für F- und D-Flachheit folgen, sind sie einfach zu erhalten. Die Untersuchung aktueller Behauptungen zur SUSY-Radion-Stabilisierung führt zur Vermutung, daß dieses augeschlossen ist. Wir betrachten dann Fayet-Iliopoulos Terme in der 5D Supergravitation, zeigen, daß in Geometrien mit Warping Supersymmetrie nicht gebrochen ist, und finden neue BPS Lösungen. Wir schließen mit einer Untersuchung supersymmetrischer Modelle für Eich-Inflation.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Schmidt, Prof. Dr. Michael G.
Date of thesis defense: 10 February 2005
Date Deposited: 24 Feb 2005 07:41
Date: 2004
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute for Theoretical Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Lokale Supersymmetrie, Supersymmetrie, Orbifold, Superraum, Inflationäres Weltall, Große Vereinheitlichung
Uncontrolled Keywords: Braneworlds , Moduli Stabilization , Randall-Sundrum
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