Mayo, Martín P. (2021) Dualidades, flujos y fenomenología de cuerdas / Dualities, fluxes and string phenomenology. Tesis Doctoral en Física, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
En esta Tesis se ha trabajado en la construcción de Lagrangianos efectivos para la Teoría de Cuerdas en el marco de la llamada Teoría de Campos Dobles (DFT). En particular, uno de los temas trasversales ha sido la relajación de la llamada strong constraint (SC) en DFT capturando así efectos cuerdosos. En esta línea uno de los aportes más importantes encontrados en esta Tesis al relajar la SC es la descripción de fenómenos de aumento de simetría en compactificaciones toroidales de las cuerdas dentro del formalismo de DFT. Otro logro de la relajación de la SC ha sido la inclusión de cierta truncación de estados masivos en compactificaciones toroidales tipo Kaluza Klein en DFT. La teoría efectiva obtenida se corresponde con la Teoría de Cuerdas al reproducir las amplitudes de scattering de la misma. Para esto ha sido importante el uso de los difeomorfismos generalizados, que ahora resultan ser una simetría de la acción obtenida, a diferencia de los que ocurre cuando se impone la SC. Dichos difeomorfismos permiten elegir un gauge (llamado armónico) en el cual son aislados los grados de libertad físicos. Este gauge se manifiesta en Teoría de Cuerdas como cancelaciones de anomalías en los vértices que describen a los estados. La acción obtenida es explícitamente invariante ante la Tdualidad y contiene tanto a los estados no-masivos usuales del sector de supergravedad como así su torre masiva de modos generalizados de Kaluza Klein (correspondiente a estados con momento interno y winding). Como se mencionó anteriormente, en el contexto tanto de la cuerda Bosónica como Heterótica, se logró dar una descripción del proceso de aumento y ruptura de la simetría de gauge, basado en el aumento del espacio tangente en DFT. Al lograr relajar la SC utilizando compactificaciones toroidales tipo Scherk-Schwarz los flujos obtenidos dependen de los módulos y se transforman en las constantes de estructura del grupo de gauge cuando estos se ajustan al valor que les corresponde en un punto de aumento de simetría. Desplazamientos alrededor de estos puntos dan lugar a la ruptura de simetría, en la que los bosones de gauge y escalares (y ferminones en la Heterótica) adquieren masas proporcionales a los flujos. Para valores de los módulos no muy alejados del punto de aumento de simetría, las masas de los vectores y escalares resultan bajas, siendo importantes para una descripción fenomenológica de la cuerda. En esta situación, la teoría efectiva se corresponde bien con la Teoría de Cuerdas al reproducir todas las amplitudes de scattering entre los estados involucrados. Por último, se logró encontrar una teoría de campos efectiva para la cuerda Heterótica (sector bosónico) compactificada toroidalmente, dependiente de los módulos, que incluye todos los posibles puntos de aumentos de simetría en una dada compactificación (a diferencia del formalismo de Scherk-Schwarz que solo describe de a un punto de aumento de simetría a la vez). Además de los usuales grados de libertad de DFT debieron ser incluídos un nuevo vector y escalar. Los campos de la teoría dependen de las coordenadas dobles internas como es usual en DFT. Su expansión en modos codifica los estados de la cuerda, alguno de ellos necesarios para reproducir los aumentos de simetría. Nuevamente la expansión en modos relaja de manera explícita la SC. Sorprendentemente, una no-conmutatividad en el espacio doble (incluida via un producto no conmutativo) es necesaria para poder reproducir los resultados de las amplitudes de scattering de cuerdas. De esta manera, se logró obtener un Lagrangiano que logra interpolar todos los puntos de aumentos de simetría presentes en una dada compactificación toroidal. La teoría obtenida contiene tanto estados no masivos como masivos. Para el sector del Lagrangiano que involucra solo estados masivos, las irreps que se forman en los puntos de aumento de simetría logran ser armadas siempre y cuando involucren estados con hasta 2 osciladores en cuerdas. Nuevamente, la inclusión de la no-conmutatividad en el espacio doble fue necesaria para obtener los acoplamientos adecuados que dan lugar a las derivadas covariantes apropiadas. Finalmente, como posible líneas futuras que pueden desprenderse de este trabajo pueden mencionarse: La búsqueda de una simetría para el Lagrangiano interpolador, posiblemente relacionada con Teoría de Campos de Cuerdas; la posible aplicación en encontrar soluciones cosmológicas desde el punto de vista de DFT, en particular que ayuden a entender la transición entre la fase de windings y nuestra fase actual; en el contexto de Cosmología de Gas de Cuerdas puede resultar útil entender los procesos de aumento de simetría desde DFT.
Resumen en inglés
In this Thesis we have worked on the construction of effective Lagrangians for String Theory within the framework of the so-called Double Field Theory (DFT). In particular, one of the cross-cutting topics has been the relaxation of the so-called strong constraint (SC) in DFT thus capturing stringy effects. In this way, one of the most relevant contributions found in this Thesis when relaxing the SC is the description of the enhancement symmetry phenomena in toroidal compactifications of the strings within the formalism of DFT. Another achievement of the SC relaxation has been the inclusion of a certain truncation of massive states in Kaluza Klein-type toroidal compactifications in DFT. The effective theory obtained corresponds to String Theory by reproducing its scattering amplitudes. In order to do that, the use of generalized diffeomorphisms has been important, which now turns out to be a symmetry of the action obtained, unlike what happens when SC is imposed. These diffeomorphisms allow choosing a gauge (called harmonic) in which the physical degrees of freedom are isolated. This gauge is manifested in String Theory as cancellations of anomalies in the vertices that describe the states. The action obtained is explicitly invariant under T-duality and contains both the usual non-massive states of the bosonic supergravity sector as well as its massive tower of Kaluza Klein generalized modes ( corresponding to states with internal moment and winding). As mentioned previously, in the context of both the Bosonic and Heterotic strings, a description of the process of enhancement and gauge symmetry breaking was achieved, based on increasing tangent frames in DFT. When achieving relaxation of the SC using toroidal compactifications of Sherck Schwarz type, the fluxes obtained depend on the moduli and transform into the structure constants of the gauge group when these are adjusted to the value that corresponds to them at a point of enhancement symmetry. Displacements around these points give rise to symmetry breaking, in which the vector and scalar bosons (and fermions in the Heterotics) acquire masses proportional to the fluxes. For values of the moduli not very far from the enhancement symmetry point, the masses of vectors and scalars turn out to be small, being important for a phenomenological description of the string. In this situation, the effective theory corresponds well to String Theory reproducing all the scattering amplitudes between the states involved. Finally, a moduli independent effective field theory was found for the toroidally compactified heterotic string (bosonic sector) which includes all possible points of enhancement symmetry in a given compactification (unlike the Scherk-Schwarz formalism that only describes one point of increase in symmetry at a time). In addition to the usual DFT degrees of freedom, new vectors and scalars had to be included. The theory fields depend on double internal coordinates as usual in DFT. Its mode expansion encodes the states of the string, some of them necessary to reproduce the enhancement symmetry. Again the mode expansion explicitly relaxes the SC. Interesting enough, a non-commutativity in double space (included via a non-commutative product) is necessary to be able to reproduce the results of the string scattering amplitudes. In this way, it was possible to obtain a Lagrangian that manages to interpolate all the points of enhancement symmetry present in a given toroidal compactification. The theory obtained contains both non-massive and massive states. For the Lagrangian sector that involves only massive states, the irreps that are formed at the points of increasing symmetry can be constructed as long as they involve states with up to 2 oscillators in String Theory. Again, the inclusion of the non-commutativity in the double space was necessary to obtain the proper couplings that give rise to the appropriate covariant derivatives. Finally, possible future lines that can be derived from this work may be mentioned: The search for a symmetry for the interpolating Lagrangian, possibly related to String Field Theory; the possible application in finding cosmological solutions from the DFT point of view, in particular that help to understand the transition between the windings phase and our current phase; in the context of String Gas Cosmology, it may be useful to understand the processes of increasing symmetry from DFT.
| Tipo de objeto: | Tesis (Tesis Doctoral en Física) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Duality; Dualidad; String theory; Teoría de cuerdas; [Dualities; Dualidades; Fluxes; Flujos; String; Cuerdas; Phenomenology; Fenomenología; Gauge; Simetrías] |
| Referencias: | [1] Hull, C., Zwiebach, B. Double field theory. Journal of High Energy Physics, 2009 (09), 099, 2009. 4, 105 [2] Freidel, L., Leigh, R. G., Minic, D. Intrinsic non-commutativity of closed string theory. Journal of High Energy Physics, 2017 (9), 60, 2017. 4, 93, 94, 95, 104, 119 [3] Freidel, L., Leigh, R. G., Minic, D. Noncommutativity of closed string zero modes. Physical Review D, 96 (6), 066003, 2017. 104 [4] Sakamoto, M. A physical interpretation of cocycle factors in vertex operator representations. Physics Letters B, 231 (3), 258–262, 1989. 4, 93, 94, 119 [5] Bailin, D., Love, A. Kaluza-klein theories. Reports on Progress in Physics, 50 (9), 1087, 1987. 9, 10, 43, 147 [6] Scherk, J., Schwarz, J. H. How to get masses from extra dimensions. Nuclear Physics B, 153, 61–88, ene. 1979. URL https://doi.org/10.1016/0550-3213(79)90592-3. 10 [7] Green, M. B., Schwarz, J. H., Witten, E. Superstring theory: volume 2, loop amplitudes, anomalies and phenomenology. 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| Materias: | Física > Teoría de cuerdas |
| Divisiones: | Gcia. de área de Investigación y aplicaciones no nucleares > Gcia. de Física > Sistemas complejos y altas energías > Partículas y campos |
| Código ID: | 975 |
| Depositado Por: | Marisa G. Velazco Aldao |
| Depositado En: | 06 Sep 2021 13:31 |
| Última Modificación: | 06 Sep 2021 13:31 |
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