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Throat Cosmology

Harling, Benedict von

German Title: Throat-Kosmologie

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In this thesis, we study throats in the early, hot universe. Throats are a common feature of the landscape of type IIB string theory. If a throat is heated during cosmological evolution, energy is subsequently transferred to other throats and to the standard model. We calculate the heat transfer rate and the decay rate of throat-localized Kaluza-Klein states in a ten-dimensional model. For the calculation, we employ the dual description of the throats in terms of gauge theories. We discuss modifications of the decay rate which arise in flux compactifications and for Klebanov-Strassler throats and emphasize the role of tachyonic scalars in such throats in mediating decays of Kaluza-Klein modes. Our results are also applicable to the energy transfer from the heated standard model to throats. We determine the resulting energy density in throats at our epoch in dependence of their infrared scales and of the reheating temperature. The Kaluza-Klein modes in the throats decay to other sectors with a highly suppressed rate. If their lifetime is longer than the age of the universe, they are an interesting dark matter candidate. We show that, if the reheating temperature was 10^10 - 10^11 GeV, throats with infrared scales in the range of 10^5 GeV to 10^10 GeV can account for the observed dark matter. We identify several scenarios where this type of dark matter is sufficiently stable but where decays to the standard model can be discovered via gamma-ray observations.

Translation of abstract (German)

In dieser Arbeit untersuchen wir "Throats" im frühen, heißen Universum. Throats sind ein häufiges Merkmal in der "Landscape" der Typ-IIB-Stringtheorie. Wenn ein Throat während der kosmologischen Entwicklung aufgeheizt ist, wird nach und nach Energie zu anderen Throats oder dem Standardmodell transferiert. Wir berechnen die Transferrate von Wärmeenergie und die Zerfallsrate von im Throat lokalisierten Kaluza-Klein-Moden in einem zehndimensionalen Model. Dazu benutzen wir die duale Beschreibung der Throats durch Eichtheorien. Wir diskutieren Modifikationen der Zerfallsrate, die in Flusskompaktifizierungen und für Klebanov-Strassler-Throats auftreten, und betonen die Rolle von tachyonischen Skalaren in solchen Throats für die Vermittlung von Zerfällen von Kaluza-Klein-Moden. Unsere Resultate sind auch anwendbar auf den Energietransfer vom aufgeheizten Standardmodell zu Throats. Wir bestimmen die daraus resultierende derzeitige Energiedichte in Throats in Abhängigkeit von den Infrarotskalen der Throats und der "Reheating-Temperatur". Die Kaluza-Klein-Moden in den Throats zerfallen in andere Sektoren mit einer stark unterdrückten Rate. Falls ihre Lebensdauer länger als das Alter des Universums ist, sind sie ein interessanter Kandidat für die Dunkle Materie. Wir zeigen, dass Throats mit Infrarotskalen im Bereich von 10^5 GeV bis 10^10 GeV die Dunkle Materie erklären können, wenn die Reheating-Temperatur 10^10 - 10^11 GeV war. Wir finden zahlreiche Szenarien, in denen diese Form der Dunklen Materie ausreichend langlebig ist, aber in denen Zerfälle zum Standardmodell trotzdem durch Beobachtung von Gammastrahlung entdeckt werden können.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Hebecker, Prof. Dr. Arthur
Date of thesis defense: 16 October 2008
Date Deposited: 17 Nov 2008 08:53
Date: 2008
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute for Theoretical Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Stringtheorie, Kosmologie, Dunkle Materie
Uncontrolled Keywords: Flux Compactifications , Throats
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