presented by Tristan Maillard, dipl. phys. ETH Prof. Dr. Ignatios

Doctoral Thesis ETH No. 16841
Aspects
string theory
of moduli stabilization in
A dissertationsubmitted to the
SWISS FEDERAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY
for the
degree
of
Doctor of Natural Sciences
presented by
Tristan
Maillard, dipl. phys.
born November
Citizen of
21,
ETH
1977
Orsicres, Valais
aeeepted under the recommendationof
Prof. Dr.
Prof. Dr.
Jürg Fröhlich, examiner
Ignatios Antoniadis,
2006
co-examiner
Resume
Dans cette these,
symetrie.
nous
particulier,
En
etudions certains aspects
nous
deux mecanismes differents.
traitons de
Apres une
son
phenomenologiques de la brisure de super¬
infiuence sur la stabilisation des modules dans
introduction des notions de base de la theorie des cordes
analyse au cas d'espaces ambiants
avec flux. Nous nous focalisons en particulier sur les flux magnetiques. Nous analysons la theorie
conforme correspondantcdans le cas d'une compactification toroidale. Le spectre de particule de
masse nulle comprend des champs de jauge de groupes unitaires, de meme que des fermions chiDp-branes
et des
raux.
dans
un
espace plat,
nous
etendons notre
Cela permet la construction de modeles de cordes dorrt le comportementä basse energie est
proche de celui du modeleStandard. Par un phenomene semblable ä l'cffet Zeeman, les scalaires
aequierent des masses non nulles. Par consequent, la supersymetrie est gcneralement brisee.
Nous analysons cnsuite dans quelles conditions une supersymetrieest restauree. Elles dependent
des quantas des flux magnetiques et des modules de la metrique du tore. Nous classifions les
flux, des modules de volume (Kahler) et de forme (strueture complexe).
Pour des flux donnes, une supersymetrieest restauree pour des valeurs restreintes de ces modules.
Nous montrons que pour des choix particuliers de compactification, ces conditions correspondent
ä des minima supersymetriques d'un potentiel scalaire. Ces vides supersymetriquesstabilisent
conditions
en
termes des
done les modules de la metrique. II existe un nombre infini de vides supersymetriquesoü tous
les modules de la metrique sont stabilises. Ce discretum infini de vides est caracterise par une
symetrie
de jauge semblable au modele Standard. Chacun d'entre eux
se
differencient par ailleurs
repetition des famillcs de fermions chiraux et leur masse de Planck.
Dans la seconde partie de cette these, nous presentons un deuxiemc mecanismede brisure
de supersymetrieoü la brisure est localisee sur certaines branes, alors qu'elle est restauree dans
par leur
le bulk et
induit
une
d'autres branes. Nous montrons que la mediation de cette brisure dans le bulk
contribution ä une boucle ä l'energie du vide. Cette contribution depend, pour des
sur
non-supersymetriques. Lorsque le bulk
done possible d'obtenir des extrema ä de
espaces
branes
est de
II est
homogenes, du volume transverse aux
dimension deux, eile est logarithmique.
grandes valeurs pour le volume transverse. Nous discutons
de microgravite.
des consequencespour les
experiences
Abstract
thesis, we study different phenomenological aspects of supersymmetrybreaking. In particular,we treat its importance for moduli stabilization in two separate mechanisms.
After an introduction to the basic knowledge of string theory and Dp-bvsaies in flat Spaces,
we extend our analysis to flux compactifications. We focus in particular on magnetic fluxes.
We analyse the associated conformal field theory in the toroidal compactification. The massless spectrum contains gauge fields of unitary groups as well as chiral fermions. This allows
In the present
the construction of string modcls whose low energy behaviour is close to that of the Standard
model. Via a Zeeman-like effect, the scalar states obtain a different non-vanishingmass than
the fermion states.
Supersymmetry is thus
analyze under which conditions part
broken. We
of
depend on the quanta of the magnetic fluxes and
We classify the conditions in terms of the fluxes, the volume
the supersymmetrymay be restored. These
on
the metric moduli of the torus.
(Kahler)
and
shape (complex strueture) moduli
in four dimensions is restored for restricted
.
For
given fluxes,
a
minimal supersymmetry
values of these moduli. We show that for particular
correspond to minima of scalar potentials.
compactification,
supersymmetric vacua then
these conditions
where all metric moduli
stabilized. This discretumof vacua is characterized
choiees of
are
stabilize the metric moduli. There exists
metry close
to that of the Standard model,
and Planck
mass.
In the second part of this
each of them
thesis, we present a different
where the supersymmetryis restored in the bulk and on
an
differing by its
infinity of
such
These
vacua
by a gauge sym¬
massless chiral content
mechanismof supersymmetrybreaking
some
branes but broken locally
on some
other branes. We show that the mediation of supersymmetrybreaking in the bulk induces
one-loop
on
contribution to the
vacuum
energy. For homogeneous Spaces, this contribution
depends
the volume transverse to the non-supersymmetric branes. When the bulk has dimension two,
logarithmic. It is then possible to obtain extremas at large values for
transverse volume. Finally, we discuss the consequences for microgravity experiments.
its
a
dependence
is
the