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Abstract

In this work we analyze the radiative generation of mass scales in high-energy physics in classically scale-invariant models of particle physics and gravity. Radiative generation in this context is based on the Coleman-Weinberg mechanism which anomalously breaks scale-invariance. This approach is used to dynamically generate the Planck mass, Majorana masses for right-handed neutrinos and the Higgs mass from a common origin, and it also presents a convenient approach for reanalyzing the hierarchy problem. Within this framework, globally scale-invariant quadratic gravity allows to also describe cosmic inflation with a radiatively generated inflaton potential and the computed predictions for inflationary observables are within the strongest experimental constraints. The ensuing discussion with respect to the dynamical generation of the Planck mass and inflation is deepened by the inclusion of radiative effects due to gravitational degrees of freedom into the picture. In particular, we find that the quantum corrections of the massive spin-2 ghost, which is necessarily present in quadratic gravity, plays a decisive role in generating the Planck mass while simultaneously providing inflationary predictions which are consistent with the strongest experimental constraint.

Translation of abstract (German)

In dieser Arbeit analysieren wir die quantenmechanische Erzeugung von Massenskalen in der Hochenergiephysik in Modellen der Teilchenphysik und der Gravitation mit klassischer Skaleninvarianz. Die quantenmechanische Erzeugung basiert in diesem Kontext auf dem Coleman-Weinberg-Mechanismus, der die Skaleninvarianz anomal bricht. Dieser Ansatz wird verwendet, um die Planck-Masse, die Majorana-Massen für rechtshändige Neutrinos und die Higgs-Masse aus einem gemeinsamen Ursprung zu erzeugen. Dieser Ansatz eignet sich insbesondere um das Hierarchieproblem neu zu analysieren. Darüber hinaus erlaubt die Hinzunahme von quadratischer Gravitation mit globaler Skaleninvarianz auch die Beschreibung von kosmologischer Inflation mit einem quantenmechanisch erzeugtem Inflatonpotential. Wir zeigen auch, dass die berechneten Vorhersagen für Observablen, die in Verbindung zu kosmologischer Inflation stehen, im Rahmen der stärksten experimentellen Beschränkungen liegen. Die Untersuchung in Bezug auf die dynamische Erzeugung der Planck-Masse und die der kosmologischer Inflation wird durch die Einbeziehung von Quanteneffekten aufgrund von gravitativen Freiheitsgraden vertieft. Insbesondere stellen wir fest, dass die Quantenkorrekturen des massiven Spin-2-Geistfeldes, der in quadratischer Gravitation zwangsläufig vorhanden ist, eine entscheidende Rolle spielt um gleichzeitig die Planck-Masse zu erzeugen und Vorhersagen in Bezug zur kosmologischen Inflation zu liefern, die konsistent mit den stärksten experimentellen Beschränkungen sind.