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Hamburg, Carl von Ossietzky

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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-82887
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2017/8288/


Fermion families and soft supersymmetry breaking from flux in six dimensions

Fermion-Familien und weiche Supersymmetriebrechung durch einen Fluss in sechs Dimensionen

Schweizer, Julian

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SWD-Schlagwörter: Elementarteilchenphysik , Dimension , Stringtheorie
Freie Schlagwörter (Deutsch): Flavourphysik , Hintergrundfluss
Freie Schlagwörter (Englisch): Flavour physics , background flux
Basisklassifikation: 33.24 , 33.56
Institut: Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Buchmüller, Wilfried (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 19.10.2016
Erstellungsjahr: 2016
Publikationsdatum: 26.01.2017
Kurzfassung auf Englisch: In this thesis, we study compactifications from six to four dimensions on the orbifold T2/Z2.
By choosing this simple famework, we are able to study effects generically present in compactifications of higher-dimensional theories, while still working in a well-defined and manageable setting, where a detailed examination of all contributions is possible.
Progess in understanding effects pertaining to compactification has applications to String Theory and orbifold GUT constructions.
We investigate three models.

The first is a model of global supersymmetry in six dimensions, where fixed point localised FI terms for a bulk U(1) arise from one-loop diagrams of charged bulk fields.
These FI terms generically break supersymmetry and the gauge symmetry.
In addition, charged bulk fields induce anomalies in the bulk and at the fixed points.
We expand previous work by considering spontaneous gauge symmetry breaking at fixed points as a method to cancel some localised FI terms.
We also construct the field content for which all bulk and fixed point anomalies can be cancelled by a Green-Schwarz mechanism.

The second model we examine is a 6d supergravity with a U(1) gauge symmetry in which we turn on background flux.
While it is known that the flux can help in stabilising the moduli together with a KKLT-type superpotential, we investigate anomaly cancellation in this setup for the first time.
From the Green-Schwarz term we can read off one-loop corrections to the gauge kinetic function.
They play an important role in finding realistic vacua while complete moduli stabilisation is achieved through a combination of D- and F-terms.

While the spectrum and localisation of charged bulk fields were constructed before, on the torus and on an orbifold without Wilson lines, we present the orbifold case with Wilson lines in a consistent manner.
The Wilson lines give strong criteria for the (de)localisation of the bulk field.
The multiplicity of even and odd parity states also depends on the Wilson lines, while the mass spectrum does not.

We construct a third model with an SO(10)xU(1) bulk gauge symmetry, with flux in the U(1).
Such a setup opens up the possibility to embed the Standard Model matter in a bulk 16-plet charged under the fluxed U(1), while the gauge and Higgs fields are not charged.
As a consequence of the flux, the charged bulk field possesses a multiplicity of chiral zero modes that are not subject to the gauge symmetry breaking, which is effected by Wilson lines.
At tree level, supersymmetry is broken at the compactification scale in the U(1) charged sector, but remains intact in the uncharged sector.
This leads to a tree-level spectrum akin to Split Supersymmetry" with heavy sleptons and squarks and light gauginos and higgsinos.
All anomalies can be cancelled.
We also study flavour mixing in this setup, which is determined by the localisation properties of the bulk field.
It is not possible to obtain satisfactory flavour mixing from fixed point superpotentials involving the SM fields.
We conjecture that mixing with vector-like exotic states, that are generically present in our model, can lead to a phenomenologically viable flavour sector.
Kurzfassung auf Deutsch: Diese Dissertation befasst sich mit Kompaktifizierungen auf der Orbifold T2/Z2 von sechs nach vier Dimensionen.
Die Wahl dieses relativ einfachen Ansatzes erlaubt es uns, Effekte in kompaktifizierten Theorien zu studieren, da das Umfeld stets wohldefiniert und übersichtlich bleibt, sodass eine detaillierte Untersuchung möglich ist.
Ein besseres Verständnis von solchen Effekten hat Einfluss auf die String-Theorie und auf GUT Konstruktionen auf Orbifolds.
Wir untersuchen drei Modelle.

Das erste Modell besitzt eine globale Supersymmetrie in sechs Dimensionen, wobei Ein-Loop-Diagramme geladener Bulkfelder an den Fixpunkten lokalisierte FI-Terme einer U(1) erzeugen.
Im Allgemeinen brechen solche FI-Terme die Eich- und Supersymmetrie.
Zudem erzeugen die Bulkfelder eine Anomalie, im Bulk und an den Fixpunkten.
Wir erweitern vorherige Betrachtungen, indem wir an den Fixpunkten spontane Symmetriebrechung zulassen, um die FI-Terme aufzuheben.
Außerdem finden wir den Feldinhalt, für den ein Green-Schwarz-Mechanismus alle Bulk- und Fixpunktanomalien aufheben kann.

Beim zweiten Modell handelt es sich um eine 6d Supergravitation mit einer U Eichsymmetrie, in der wir einen Hintergrundfluss anschalten.
Es ist bekannt, dass der Fluss, zusammen mit einem KKLT-artigen Superpotential, eine Rolle in der Modulistabilisierung spielen kann.
Wir untersuchen die Anomaliekanzellierung in diesem Rahmen zum ersten Mal.
Am Green-Schwarz-Term können die Ein-Loop-Korrekturen zur Eichkinetischen Funktion abgelesen werden.
Diese sind für die Existenz realistischer Vakua relevant, nachdem alle Moduli durch eine Kombination aus D- und F-Termen stabilisiert wurden.
Das Spektrum und die Verteilung der geladenen Bulkfelder sind für den Torus und die Orbifold ohne Wilsonlinien bereits bekannt, wir geben zudem jedoch die konsistenten Ausdrücke für die Orbifold mit Wilsonlinien an.
Die Wilsonlinien haben eine starken Einfluss auf die (De-)Lokalisierung des Feldes.
Auch die Multiplizität der Paritätseigenzustände hängt von den Wilsonlinien ab, das Massenspektrum jedoch nicht.

Unser drittes Modell verfügt über eine SO(10)xU(1) Eichsymmetrie, mit Fluss in der U(1).
Dieser Ansatz erlaubt es, die Materie des Standardmodells aus einem Bulk-16-Plet zu erhalten, das, im Gegensatz zu den Eich- und Higgsfeldern, unter der U(1) geladen ist.
Durch den Fluss erhält das geladene Bulkfeld eine Mehrzahl chiraler masseloser Moden, die von der Eichsymmetriebrechung durch Wilsonlinien nicht belangt werden.
Im geladenen Sektor ist die Supersymmetrie an der Kompaktifizierungsskala gebrochen, während sie im ungeladenen Sektor intakt bleibt.
Folglich ist das Massenspektrum in erster Näherung dem Split Supersymmetry"-Ansatz ähnlich, in dem die sLeptonen und sQuarks schwer, die Gauginos und Higgsinos jedoch leicht, sind.
Alle Anomalien können aufgehoben werden.
Wir untersuchen auch die Flavourmischung in diesem Ansatz, die durch die Verteilung des Bulkfeldes bestimmt wird.
Es ist nicht möglich, alleine durch Fixpunkt-Superpotentiale, die nur Standardmodellfelder enthalten, realistische Flavourmischung zu erhalten.
Wir mutmaßen, dass Mischungseffekte mit vektorartigen exotischen Zuständen, die in unserem Modell generisch auftreten, die Flavourmischung zufriedenstellend reproduzieren können.

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