German Title: Flüsse, Hierarchien und metastabile Vakua in supersymmetrischen Feldtheorien

English Title: Fluxes, Hierarchies, and Metastable Vacua in Supersymmetric Field Theories

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Abstract

This thesis concerns topics both in low-energy effective field theories from type IIB superstring flux compactifications and in fourdimensional, rigidly supersymmetric gauge theories. We introduce flux compactifications with so-called “warped throat” regions, which lead to large hierarchies of scales in the effective four-dimensional theory. The correspondence between a particular such throat and a five-dimensional Randall-Sundrum-like model is established. We shown how certain string-theoretic features of the compactification, such as moduli stabilization by fluxes or the presence of an unstabilized Kähler modulus, are incorporated in the five-dimensional picture. The KKLT construction for metastable de Sitter vacua is reviewed, as well as some possible modifications involving spontaneous F-term supersymmetry breaking. For KKLT-like models with their hidden sector localized inside a throat, the mediation of supersymmetry breaking to the visible sector is investigated. We review the mechanism of mixed modulus-anomaly mediation, and show that there can be additional equally important gravity-mediated contributions. We finally turn to the ISS model of metastable dynamical supersymmetry breaking in four dimensions, and present a renormalizable extension which generates a large hierarchy naturally. We also recapitulate how the ISS model may be obtained from a type IIB superstring model.

Translation of abstract (German)

Diese Arbeit behandelt Themen sowohl im Bereich der effektiven Niederenergietheorien aus Typ IIB-Superstring-Flusskompaktifizierungen als auch der vierdimensionalen, global supersymmetrischen Eichtheorien. Wir diskutieren Flusskompaktifizierungen mit sogenannten “warped throat”-Regionen, die zu großen Skalenhierarchien in der vierdimensionalen effektiven Feldtheorie führen, und stellen den Zusammenhang zwischen einem speziellen solchen “warped throat” und einem fünfdimensionalen Randall-Sundrum-Modell vor. Wir zeigen, wie sich gewisse stringtheoretische Eigenschaften der Kompaktifizierung ins fünfdimensionale Bild übersetzen, etwa die Stabilisierung von Moduli durch Flüsse oder die Existenz eines unstabilisierten Kähler-Modulus. Wir erläutern die KKLT-Konstruktion für metastabile de Sitter-Vakua sowie einige mögliche Modifikationen durch spontane Supersymmetriebrechung mit F-Termen. In KKLT-artigen Modellen mit dem supersymmetriebrechenden Sektor innerhalb eines “warped throat” untersuchen wir die Vermittlung der Supersymmetriebrechung an den sichtbaren Sektor. Wir erklären den Mechanismus der kombinierten Vermittlung durch Moduli und Weyl-Anomalie und zeigen, dass Beiträge von derselben Größenordnung durch höherdimensionale Operatoren entstehen können. Wir behandeln schließlich das ISS-Modell der metastabilen dynamischen Supersymmetriebrechung in vier Dimensionen und präsentieren eine renormierbare Erweiterung, die eine große Skalenhierarchie in natürlicher Weise erzeugt. Wir zeigen auch, wie das ISS-Modell aus einem Typ IIB-Superstringmodell gewonnen werden kann.