title: Intersecting brane worlds
Creators: name: Niederwieser, Elias
Publisher: name: :none
Year: 2024

description: Intersecting Brane World Szenarien bieten einen vielversprechenden Weg zur Implementierung des Standardmodells der Teilchenphysik in die Stringtheorie. In dieser Arbeit beleuchten wir die Grundlagen solcher Realisierungen von semi-realistischen Standardmodellen unter Verwendung der Typ IIA Superstringtheorie auf einer kompaktifizierten Calabi-Yau-Mannigfaltigkeit. Mittels einer geometrischen und pädagogischen Einfüuhrung werden wir die wichtigsten Merkmale solcher Modelle herausarbeiten. Wir werden zeigen, dass die Eichgruppe des Standardmodells aus offenen Strings hervorgeht, die an einem Stapel von koinzidenten D-Branes verlaufen. Darüber hinaus werden wir darlegen, dass D-Branes 3-Zyklen auf dem kompakten Raum wickeln und dass Strings, die nahe der multiplen Schnittpunkte zweier D-Brane lokalisiert sind, drei Generationen von chiralen masselosen Fermionen hervorbringen, die den Materiegehalt des Standardmodells liefern. Darüber hinaus erscheinen in diesen Schnittpunkte massereiche Kopien, die als light stringy states bekannt sind. Die Masse dieser Zustände hängt von den relativen Winkeln der Branes ab. Dieselben Winkel liefern ein Kriterium für die Erhaltung der Supersymmetrie. Da die resultierende effektive Feldtheorie potentielle Anomalien birgt, werden wir sie durch einen verallgemeinerten Green-Schwarz-Mechanismus beheben. Um den Inhalt des Standardmodells abzuleiten, werden wir eine nicht-supersymmetrische Konfigration mit einem toroidalen Orientifold auswählen. Weiters diskutieren wir eine supersymmetrische Erweiterung, die zu einem Pati-Salam-Modell führt. Solche D-Brane Modelle erlauben eine String-Skala in der Größenordnung der TeV-Skala und ermöglichen damit phänomenologische Betrachtungen. In diesem Kontext werden wir eine Yukawa-Wechselwirkung untersuchen, an der ein skalarer light stringy state beteiligt ist, der einem angeregten Higgs-Teilchen entspricht. Aus der Zerfallsrate dieses Zustands werden wir seine Lebensdauer ableiten. Wir werden feststellen, dass ein solch massives, schwach wechselwirkendes Skalar eine nahezu stabile Lebensdauer hat, wenn wir die Winkel der entsprechenden Branes fein abstimmen. Ein solches Teilchen stellt einen verlockenden Kandidat für dunkle Materie.
description: Intersecting brane world scenarios offer a promising path to the implementation of the standard model of particle physics into the framework of string theory. In this thesis, we shed light on the foundations of such realisations of semi-realistic standard models using typ IIA superstring theory on a compactified Calabi-Yau space. By providing a geometrical and pedagogical introduction, we will highlight the key features of such models. We will illuminate that the gauge sector of the standard model emerges from open strings attached to a stack of coincident D-branes. In addition, we will discover that D-branes wrap 3-cycles on the compact space and that strings stretched near the multiple intersections of two D-branes give rise to three generations of chiral massless fermions furnishing the matter content of the standard model. Moreover, a tower of massive copies - baptised as light stringy states - appears near these intersections. The mass of these states depends on the relative angles of the branes and the same angles will provide us with a criterion to preserve supersymmetry. Since the resulting effective field theory endows potential anomalies, we will resolve them by a generalised Green-Schwarz mechanism. From the plythora of possibilities, we will pick out a non-supersymmetric configuration with a toroidal orientifold background to derive the content of the standard model. On top of that, we discuss a supersymmetric extension leading to a Pati-Salam model. Such intersecting brane models allow a string scale at the order of the TeV scale - opening up a playground for phenomenology. In that context, we will investigate a Yukawa interaction involving a scalar light stringy state, which corresponds to an excited Higgs particle. From the decay rate of this state, we will derive its lifetime. Finally, we find that such a massive weakly interacting scalar has an almost stable lifetime, if we fine-tune the angles of the corresponding branes. Such a particle represents a tempting candidate for dark matter.