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Abstract

In this thesis we study quantum corrections to string-derived effective actions \textit{per se} as well as their implications for phenomenologically relevant setups like the \textit{Large Volume Scenario} (LVS) and the \textit{anti-D3-brane} uplift.

In the first part of this thesis, we improve the understanding of string loop corrections on general Calabi-Yau orientifolds from an effective field theory perspective by proposing a new classification scheme for quantum corrections. Thereby, we discover new features of string loop corrections, like for instance possible logarithmic effects in the Kahler and scalar potential, which are relevant for phenomenological applications like models of inflation.

In the next part of the thesis, we derive a simple and explicit formula, the \textit{LVS parametric tadpole constraint} (PTC), that ensures that the anti-D3-brane uplifted LVS dS vacuum is protected against the most dangerous higher order corrections. The main difficulty appears to be the small uplifting contribution which is necessary due to the exponentially large volume obtained via the LVS. This in turn requires a large negative contribution to the tadpole which is quantified in the PTC. As the negative contribution to the tadpole is limited in weakly coupled string theories, the PTC represents a concrete challenge for the LVS.

The last part of the thesis investigates the impact of $\alpha'$ corrections to the brane-flux annihilation process discovered by Kachru, Pearson, and Verlinde (KPV) on which the anti-D3-brane uplift is based. We find that $\alpha'$ corrections drastically alter the KPV analysis with the result that much more flux in the Klebanov-Strassler throat is required than previously assumed in order to control the leading $\alpha'$ corrections on the NS5-brane. The implication for the LVS with standard anti-D3-brane uplift can again be quantified by the PTC. Incorporating this new bound significantly increases the required negative contribution to the tadpole. In addition, we uncover a new uplifting mechanism not relying on large fluxes and hence deep warped throats, thereby sidestepping the main difficulties related to the PTC.

Translation of abstract (German)

Diese Dissertation befasst sich mit Quantenkorrekturen zur effektiven, niedrig energetischen Wirkung der Stringtheorie. Dabei werden Quantenkorrekturen per se sowie deren Auswirkung auf phenomenologisch relevante Szenarien wie das Large Volume Scenario (LVS) und den anti-D3-Branen Uplift studiert.

Im ersten Teil werden String-Scheifenkorrekturen aus der effektiven Feldtheorie-Perspektive erforscht. Dabei wird ein neues Schema zur Klassifizierung von Quantenkorrekturen vorgeschlagen, durch welches anschließend bisher unentdeckte Eigenschaften der Schleifenkorrekturen entdeckt werden. Diese beinhalten beispielsweise potentielle logarithmische Korrekturen zum Kähler- oder skalaren Potential. Es zeigt sich, dass diese neuen Effekte einen wichtigen Einfluss auf phenomenologische Anwendungen, wie beispielsweise auf stringtheoretische Modelle der Inflation, haben können.

Im zweiten Teil wird eine einfache und explizite Formel, der sogenannte LVS Parametric Tadpole Constraint (PTC), hergeleitet. Diese stellt sicher, dass das de Sitter Vakuum erzeugt mittels des LVS mit anti-D3-Branen Uplift vor den gefährlichsten Quantenkorrekturen geschützt ist. Die größte Schwierigkeit besteht dabei darin, dass der Uplifting-Term aufgrund des exponentiell großen Volumens exponentiell klein sein muss. Dies wiederum erfordert einen großen negativen Beitrag zum Tadpole, welcher durch den PTC quantifiziert wird. Da der negative Beitrag zum Tadpole in schwach gekoppelter Stringtheorie limitiert ist, stellt der PTC eine konkrete Anforderung an konsistente LVS Modelle dar.

Im letzten Teil werden die Auswirkungen von alpha' Korrekturen auf den von Kachru, Pearson und Verlinde (KPV) entdeckten Brane-Flux-Annihilationsprozess untersucht, auf dem der Anti-D3-Branen-Uplift basiert. Es zeigt sich, dass \alpha' Korrekturen die KPV-Analyse drastisch verändern können. Um die führenden \alpha' Korrekturen zu kontrollieren wird viel mehr Fluss im Klebanov-Strassler Throat benötigt als bisher angenommen. Dieser neue Effekt wird anschließend in den PTC implementiert. Im Vergleich zum vorherigen Kapitel zeigt sich, dass der erforderliche negative Beitrag zum Tadpole signifikant steigt. Außerdem wird ein neuer Uplifting-Mechanismus vorgeschlagen, der nicht auf langen, gewarpten Throats basiert und damit die Schwierigkeiten, die mit dem PTC einhergehen, umgeht.