German Title: Dynamische Dunkle Energie und Variation fundamentaler "Konstanten"

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Abstract

In this thesis we study the influence of a possible variation of fundamental "constants" on the process of Big Bang Nucleosynthesis (BBN). Our findings are combined with further studies on variations of constants in other physical processes to constrain models of grand unification (GUT) and quintessence. We will find that the 7Li problem of BBN can be ameliorated if one allows for varying constants, where especially varying light quark masses show a strong influence. Furthermore, we show that recent studies of varying constants are in contradiction with each other and BBN in the framework of six exemplary GUT scenarios, if one assumes monotonic variation with time. We conclude that there is strong tension between recent claims of varying constants, hence either some claims have to be revised, or there are much more sophisticated GUT relations (and/or non-monotonic variations) realized in nature. The methods introduced in this thesis prove to be powerful tools to probe regimes well beyond the Standard Model of particle physics or the concordance model of cosmology, which are currently inaccessible by experiments. Once the first irrefutable proofs of varying constants are available, our method will allow for probing the consistency of models beyond the standard theories like GUT or quintessence and also the compatibility between these models.

Translation of abstract (German)

Diese Arbeit beschäftigt sich mit den Auswirkungen möglicher Variationen fundamentaler "Konstanten" auf den Prozess der primordialen Nukleosynthese (BBN). Die gewonnenen Ergebnisse zur Nukleosynthese werden mit Untersuchungen zu variierenden Konstanten in anderen physikalischen Prozessen kombiniert, um Modelle der großen Vereinheitlichung (GUT) und Quintessence zu überprüfen. Unsere Untersuchungen ergeben, dass das 7Li-Problem der Nukleosynthese stark gemildert werden kann, sofern man Variationen von Konstanten zulässt, wobei insbesondere eine Variation der leichten Quarkmassen einen starken Einfluss hat. Weiterhin finden wir, dass aktuelle Messungen zu variablen Konstanten im Rahmen von sechs exemplarischen GUT Modellen nicht miteinander und mit BBN in Einklang gebracht werden können, sofern eine monotone zeitliche Variation angenommen wird. Wir folgern, dass aktuelle Messungen nichtverschwindender Variationen in starkem Widerspruch zueinander stehen und entweder selbst revidiert werden müssen, oder in der Natur erheblich komplexere GUT-Zusammenhänge (und/oder nicht-monotone Variationen) vorliegen. Die im Rahmen dieser Dissertation vorgestellten Methoden erweisen sich hierbei als mächtige Werkzeuge, um per Experiment unzugängliche Bereiche weit jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik bzw. des concordance Modells der Kosmologie auf ihre intrinsische Konsistenz sowie auch Vereinbarkeit miteinander zu überprüfen, sofern einmal erste unumstößliche Beweise für Variationen von Naturkonstanten vorliegen sollten.