Quantum effects in brane world scenarios: moduli stabilization and the hierarchy problem

Author

Pujolàs Boix, Oriol

Director

Garriga Torres, Jaume

Date of defense

2003-07-22

ISBN

8468856797

Legal Deposit

B-9236-2004



Department/Institute

Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física

Abstract

El problema de la jerarquía se puede resolver en ciertos modelos de branas debido a<br/>que, en estos modelos, la separación entre la escala electrodébil y la de Planck<br/>depende del tamaño de las dimensiones extra. Éste viene caracterizado por un<br/>modo escalar de la métrica conocido como el radión, de forma que una solución<br/>completa al problema de la jerarquía requiere algun mecanismo de estabilización<br/>que fije su valor y explique por qué no se observan las interacciones escalares<br/>transmitidas por el radión.<br/>En esta tesis se estudia la posibilidad de que la energía de Casimir estabilice<br/>el radión (proporcionandole una masa suficientement grande) y generen la<br/>jerarquía de forma natural. Se argumenta que en modelos donde la geometría no<br/>es factorizable, los efectos cuánticos proporcionan un mecanismo de<br/>estabilización capaz de generar y estabilizar la jerarquía. En conctreto, se<br/>discuten los efectos cuánticos en tres familias de modelos.<br/>El primer ejemplo consiste en un modelo tensor--escalar en cinco dimensiones en<br/>que el factor de 'warp' crece como una potencia de la distancia. La presencia de<br/>una simetría de 'scaling' anómala permite estabilizar las posiciones de las branas<br/>y generar la jerarquía de forma natural incluso para potencias pequeñas. No<br/>obstante, las masas de los módulos es suficientemente grande cuando la potencia<br/>del factor de warp es de orden 10 o mayor.<br/>La segunda clase de modelos consiste en un espacio de más de 5 dimensiones donde el<br/>espacio interno y las direcciones no compactas tienen un factor de warp<br/>exponencial. En este modelo, la jerarquía se genera mediante una combinación de<br/>los efectos de redshift y de volumen grande. Se encuentra que los efectos<br/>cuánticos estabilizan las posiciones de las dos branas y generan la gerarquía de<br/>forma natural si el espacio interno es plano.<br/>En el tercer tipo de modelos, el espacio interno no tiene factor de warp y la <br/>jerarqía se genera mediante el efecto de redshift. Al igual que en el modelo de <br/>Randall Sundrum, la fuerza de Casimir debida a un campo de gauge en el bulk puede <br/>estabilizar la jerarquía de forma natural.<br/>Se concluye que en los modelos de branas con geometría no factorizable, los efectos <br/>cuánticos son capaces de estabilizar la jerarquía naturalmente de forma relativamente <br/>genérica.


Certain brane world scenarios can solve the hierarhy problem exploiting the fact that, <br/>in these models, the separation between the electroweak and the Planck scales <br/>--'the hierarchy'-- depends on the size of the extra dimensions. This size is <br/>parmetrized by a scalar mode of the higher dimensional metric called 'the radion'. <br/>Hence, a complete solution to the hierarchy problem requires a stabilization mechanism <br/>that naturally fixes the radion at an appropriate value and explains why the interactions <br/>mediated by such a scalar are not observed.<br/>In this thesis, we consider the possibility that the Casinir energy is responsible for <br/>stabilizing the radion and generating a large hierarchy in a natural way. We argue that, <br/>in scenarios where the geometry is not factorizable, the quantum effects indeed can provide <br/>a stabilization mechanism that generates naturally a large hierarchy. Specifically, we <br/>discuss three classes of models.<br/>The first example consists in a five dimensional scalar--tensor model bounded by two <br/>parallel branes, where the warp factor grows like a power of the distance. The presence <br/>of an anomalous scaling symmetry in the model allows to stabilize the moduli, which <br/>correspond to the brane locations. A large hierarchy can be obtained even for low values <br/>of the power. However, the generated masses for the moduli are large enough if the power <br/>of the warp factor is of order 10 or bigger.<br/>The second class of models consists in a space of more than five dimensions where the <br/>additional internal space and the noncompact directions share an exponential warp factor. <br/>In these models, the hierarchy is generated by a combination of the redshift effect and <br/>the large volume effect. We find that the Casimir energy stabilizes the brane positions and <br/>generate a large hierarchy if the internal space is flat.<br/>In the third example, the internal space does not have a warp factor and the hierarhy is <br/>generated by the redshift effect. As is the Randall Sundrum model, the Casimir force due <br/>to a bulk gauge field can generate and stabilize a large hierarchy in a natural fashion.<br/>We conclude that relatively generically, the quantum effects can naturally stabilize a <br/>large hierarchy in models with a non factorizable geometry.

Keywords

Energia de casimir; Estabilització mòduls; Brane world

Subjects

53 - Physics

Knowledge Area

Ciències Experimentals

Documents

opb1de1.pdf

1.013Mb

 

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