Topics in string theory and phenomenology : dark sectors, moduli stabilisation, inflation
Sujets variés en théorie des cordes et en phénoménologie : secteurs sombres, stabilisation des modules, inflation
Résumé
This thesis covers several topics, at the interface between string theory and cosmology. It is organized in four parts. The first part is about dark energy. More precisely, it deals with the analysis, using dynamical systems techniques, of a quintessence model in the so-called Palatini formulation of General Relativity. These techniques are reviewed first, along with the basics of modern cosmogy. The second part opens with an introduction to N=1 supergravity in four dimensions, in the superconformal formalism. It is followed by a calculation of massive gravitino scattering amplitudes within this theory. This calculation reveals a perturbative unitarity restoration mechanism, which has its analogue in the electroweak sector of the Standard Model. We then analyze the effect of the new Fayet-Iliopoulos terms on this mechanism. In the third part, we begin by introducing string theory. This introduction starts from the basics of the bosonic theory, then briefly presents the construction of the superstring, before focusing on compactification and moduli stabilisation in the type IIB theory. The next chapter focuses more specifically on the stabilisation, by fluxes, of the complex structure moduli and dilaton in the type IIB theory compactified on toroidal orbifolds. In this framework, we obtain a relation between the string coupling constant and the flux number. Combined with the tadpole constraint, it prevents the coupling from being parametrically small. This result can be seen as a consequence of the finiteness of the number of flux vacua, which we also observe in our analysis. Finally, the fourth and last part of this thesis concerns the Dark Dimension, an additional dimension predicted at the micrometer scale. We begin by introducing the Swampland program of string theory and the arguments supporting this prediction, before turning to the calculation of the spectra of primordial fluctuation, in a five-dimensional inflation model that helps explain the scale of the Dark Dimension. These spectra change their behaviour at large-scale, which in principle allows them to be distinguished from their analogues in four-dimensional models.
Cette thèse couvre plusieurs sujets à l'interface entre la théorie des cordes et la cosmologie. Elle est organisée en quatre parties. La première partie porte sur l'énergie sombre, plus précisément sur l'analyse, par des techniques de systèmes dynamiques, d'un modèle de quintessence dans la formulation dite de Palatini de la Relativité Générale. Ces techniques sont auparavant passées en revue, au même titre que les bases de la cosmlogie moderne. La deuxième partie s'ouvre sur une introduction à la supergravité N=1 à quatre dimensions, dans le formalisme superconforme, puis se poursuit par le calcul des amplitudes de diffusion des gravitinos massifs. Ce calcul permet d'exhiber un mécanisme de restauration d'unitarité perturbative, qui a son analogue dans le secteur électrofaible du Modèle Standard. Nous analysons ensuite l'effet sur ce mécanisme des nouveaux termes de Fayet-Iliopoulos. Dans la troisième partie, nous commençons par introduire la théorie des cordes. Cette introduction part des bases de la théorie bosonique, puis présente brièvement la construction de la théorie des supercordes, avant de se concentrer sur la compactification et la stabilisation des modules dans la théorie de type IIB. Le chapitre suivant porte plus spécifiquement sur la stabilisation, par des flux, des modules de structure complexe et du dilaton dans la théorie de type IIB compactifiée sur des orbifolds toroidaux. Dans ce cadre, nous obtenons une relation entre la constante de couplage des cordes et le nombre de flux. Combinée avec la contrainte de tadpole, cette relation empêche la constante de couplage d'être paramétriquement petite. Ce résultat peut être vu comme une conséquence de la finitude du nombre de vides dans ce secteur de la théorie, que nous observons également dans notre analyse. Enfin, la quatrième et dernière partie de cette thèse concerne la Dark Dimension, une dimension supplémentaire prédite à l'échelle du micromètre. Nous commencons par introduire le programme Swampland de la théorie des cordes et les arguments soutenant cette prédiction, avant de nous tourner vers le calcul des spectres des fluctuation primordiales dans un modèle d'inflation à cinq dimensions qui permet d'expliquer l'échelle micrométrique de la Dark Dimension. Ces spectres présentent un changement de comportement à grande échelle, ce qui permet en principe de les distinguer de leurs analogues dans des modèles à quatre dimensions.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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