Potentiels scalaires issus de la théorie des cordes et points critiques (anti-) de Sitter

Scalar potentials from string theory and (anti-) de Sitter critical points

• Auteur / Autrice : Ludwig Horer
• Direction : David Andriot, Anton Rebhan
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique Théorique
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : Chambéry en cotutelle avec TU Wien
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique théorique
• Jury : Président / Présidente : Luc Jean Robert Frappat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Andriot, Susha Louise Parameswaran, Gary Shiu, Joseph Patrick Conlon, Anton Rebhan, Washington Taylor
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Susha Louise Parameswaran, Gary Shiu

Mots clés

Mots clés libres

Théorie des cordes

Supergravité

De Sitter

D-brane

Orientifold

String theory

Supergravity

De Sitter

D-brane

Orientifold

Résumé

Dans cette thèse, nous étudions le scénario de Sitter classique dans les théories de cordes de type II: dans le régime où les corrections de cordes à la théorie effective sont négligeables, nous analysons les solutions de Sitter dans les compactifications avec flux avec des orientifolds - un domaine crucial pour lier la théorie des cordes aux modèles cosmologiques. En particulier, nous explorons les potentiels scalaires classiques dérivés de la théorie des cordes et étudions en détail les contraintes sur l'existence de leurs points critiques. Ces extrêma correspondent à des solutions avec des espaces-temps maximalement symétriques, incluant (anti-) de Sitter et Minkowski. Nos résultats révèlent que les compactifications avec flux classiques menant à des solutions (quasi-) de Sitter de dimension $d$ font face à de fortes contraintes sur leur existence. Ces théorèmes no-go excluent catégoriquement de Sitter classique dans les dimensions $d geq 7$, révélant une préférence pour les espaces-temps de dimension $4$. Cela est rigoureusement vérifié en calculant le paramètre $c$ de la Conjecture de Sitter du Swampland pour chaque théorème no-go, montrant la cohérence avec les limites fixées par la Conjecture de Censure Trans-Planckienne, avec de nombreux cas de saturation dans des dimensions $d>3$. Cette analyse démontre un accord profond entre les limites à basse énergie de la théorie des cordes et la cosmologie, tout en renforçant la validité des limites proposées. En outre, la nouvelle Conjecture de Censure Anti-Trans-Planckienne proposée introduit un cadre pour caractériser les potentiels scalaires négatifs dans la théorie effective de la gravité quantique. Cette conjecture stipule que dans un univers en contraction, les modes atteignant des longueurs sub-Planckiennes remettent en question la validité de la théorie effective. En conséquence, elle impose des limites sur le potentiel et ses dérivées dans les asymptotiques de l'espace des champs, qui ont été testées dans diverses compactifications de cordes. En extrapolant ces limites aux vides de anti-Sitter avec un rayon $l$, nous prévoyons l'existence d'un champ scalaire de masse $m$ satisfaisant $m^2 l^2 lesssim -2$. Ce résultat a des implications significatives pour la théorie des champs conforme duale correspondante. Des constructions récentes proposent l'existence de solutions de Sitter dans des modèles avec des O8-planes/D8-branes qui contournent un théorème no-go classique via des sources inhabituelles ou, de manière équivalente, des conditions aux limites correspondantes sur les champs du bulk. Motivés par les débats en cours sur l'origine de ces sources dans la supergravité classique, nous explorons une extension minimale du scénario de Sitter classique en incluant des corrections à 4 dérivées dans l'expansion en $alpha'$ de l'action des O-planes/D-branes. Bien que les termes d'ordre supérieur et les corrections soient de moindre importance, notre analyse montre que même ce modèle étendu ne parvient pas à produire les vides désirés ; une conclusion qui s'étend aux modèles avec des O6-planes/D6-branes supplémentaires.

In this thesis we study the classical de Sitter scenario in type II string theories: in the regime where string corrections to the effective theory are negligible, we analyze de Sitter solutions in flux compactifications with orientifolds - a crucial area for linking string theory to cosmological models. In particular, we explore classical scalar potentials derived from string theory and study in detail the constraints on the existence of their critical points. These extrema correspond to vacua with maximally symmetric spacetimes, including (anti-) de Sitter and Minkowski. Our results reveal that classical flux compactifications leading to $d$-dimensional (quasi-) de Sitter solutions face strong constraints on their existence. These no-go theorems categorically exclude classical de Sitter in dimensions $d geq 7$, revealing a preference for $4$-dimensional spacetimes. This is rigorously checked by computing the parameter $c$ of the Swampland de Sitter Conjecture for each no-go theorem, showing consistency with the bounds set by the Trans-Planckian Censorship Conjecture, with numerous saturation cases in dimensions $d>3$. This analysis demonstrates a profound agreement between the low-energy limits of string theory and cosmology, while strengthening the validity of the proposed bounds. In addition, the newly proposed Anti-Trans-Planckian Censorship Conjecture introduces a framework for characterizing negative scalar potentials in the quantum gravity effective theory. This conjecture states that in a contracting universe, modes squeezing to sub-Planckian lengths challenge the validity of the effective theory. As a consequence, it imposes bounds on the potential and its derivatives in the asymptotics of field space, which have been tested in various string compactifications. By extrapolating these bounds to anti-de Sitter solutions with radius $l$, we predict the existence of a scalar field of mass $m$ with $m^2 l^2 lesssim -2$. This result has significant implications for the corresponding dual conformal field theory. Recent constructions propose the existence of de Sitter solutions in models with O8-planes/D8-branes that circumvent a classical no-go theorem via unusual sources or, equivalently, corresponding boundary conditions on the bulk fields. Motivated by the ongoing debates on whether these sources arise in classical supergravity, we explore a minimal extension of the classical de Sitter scenario by including 4-derivative corrections in the $alpha'$ expansion of the O-plane/D-brane action. While higher-order terms and bulk corrections are of minor importance, our analysis shows that even this extended model fails to yield the desired solutions; a conclusion that extends to models with additional O6-planes/D6-branes.