No description available.

String theory is currently the best-known candidate for a theory of quantum gravity, having the necessary ingredients to describe all known elementary particles and interactions. It also includes several novel features, arising, for instance, from the additional six compact dimensions required for its internal consistency, making it the natural arena to construct extensions of the Standard Model. In this thesis, we analyze some of the new phenomenological aspects introduced by string theory within the framework of low energy effective theories, focusing on their applications to cosmology, astrophysics and collider experiments. We first consider a particular realization of the brane-world scenario in branonium bound states, showing that the orbital motion of a probe antibrane about a central brane stack leads to a resonant amplification of its world-volume scalar modes. We analyze the cosmological development of this process and also its potential relevance for either dark or baryonic matter generation in the early universe. We then focus on the spectrum of quark and lepton string excitations in warped compactifications, modeled by an effective 5-dimensional Randall- Sundrum throat. Motivated by the observed fermion mass hierarchy, we show that the spin-3/2 Regge excitation of the right-handed top quark is the lightest of such resonances in a significant region of parameter space, possibly lying below the TeV scale, and discuss its potential signatures at the Tevatron and at the LHC. Finally, we study the emission of sub-eV scalar particles by maximally rotating Kerr black holes, motivated by the recent string axiverse proposal. We focus on the spectrum of unstable scalar bound states in the superradiant regime, leading to an exponentially large axion cloud around astrophysical black holes, and analyze two semi-analytical methods for computing the growth rate of this instability, comparing the obtained results with previous analytical and numerical analyses.

In this thesis, compactifications of F-theory on six dimensional symmetric toroidalorbifolds are explored. These orbifold geometries have been mathematically classified and it is natural to ask what the physical implications of string theorycompactifications on those geometries are. Since compactifications of string theory to six dimensions describe a sweet spot in terms of developed methods andrich model-building possibilities, it is interesting to investigate the landscape ofthese theories opposed to the swampland of only apparently consistent quantumtheories of gravity. Additionally, superconformal field theories can exist in at mostsix dimensions. These emerge naturally in the considered F-theory constructions. The present work explores effects of compactifications on such orbifolds buildingon the work of [arXiv:1905.00116v1 [hep-th]]. It constitutes a step towards extendingthe geometric classification of these orbifolds to a classification of the physical models. Beyond [arXiv:1905.00116v1 [hep-th]], roto-translations have severe effects on thegeometry and thus the field theory and the spectrum. These effects are discussedin this thesis and include, amongst others, twisted affine folding of gauge groups, the emergence of superconformal points away from intersecting branes as well assuperconformal sectors related to the multiple fibre. / In dieser Thesis werden Kompaktifizierungen von F-Theorie auf sechs dimensionalen symmetrischen, toroidalen Orbifaltigkeiten untersucht. Da diese Orbifaltigkeiten mathematisch klassifiziert wurden, stellt sich auf natürliche Weisedie Frage nach den physikalischen Implikationen von Kompaktifizierungen vonString Theorie auf diesen. In Kompaktifizierungen von String Theorie zu sechs Dimensionen balancieren sich der Fortschritt der Methoden und die Möglichkeitenphysikalische Theorien zu modellieren optimal. Daher ist es wichtig das "Landscape" dieser Theorien zu untersuchen, im Gegensatz zu dem so genannten "Swampland" von vermeintlich konsistenten Quantentheorien der Gravitation. Darüber hinaus stellt sich heraus, dass superkonforme Feldtheorien höchstens insechs Dimensionen existieren können. Die vorliegende Arbeit erkundet die Effekte von Kompaktifizierungen auf solchen Orbifaltigkeiten aufbauend auf der Arbeit von [arXiv:1905.00116v1 [hep-th]]. Sie stellt einen wichtigen Schritt dar auf dem Weg zu einer Ausweitung der geometrischen Klassifikation dieser Orbifaltigkeiten zu einer Klassifikation der physikalischen Modelle. Über [arXiv:1905.00116v1 [hep-th]] hinaus resultieren Roto-Translationen in Effekten auf die Feldtheorie sowie deren Spektrum. Diese Effekte werden in dieser Thesis diskutiert. Beispiele reichen von getwisteten affinen Faltungen von Eichgruppen, zu dem Auftreten von superkonformen Punkten ohne sich schneidende Branen und superkonforme Sektoren in Verbindung mit dem "mehrfach Faser"-Phänomen. / <p>This thesis was conducted under the regulations of Heidelberg University under the joint supervision of Professor Luca Amendola (University of Heidelberg) and Assistant Professor Magdalena Larfors (Uppsala University) during a one-year ERASMUS-exchange.</p>

Die vorliegende Arbeit beinhaltet ein einführendes Kapitel über Orbifold-Konstruktionen in dem neben rudimentären Grundlagen bereits speziellere Themen wie Diskrete Torsion und asymmetrische Orbifold-Gruppen behandelt werden. Als Beispiele für Orbifolde werden Kompaktifizierungen auf Tori sowie das asymmetrische T^4/Z(3)^L x Z(3)^R Orbifold behandelt. Danach wird eine allgemein gehaltene Einführung in Orientifolde gegeben, einschließlich des offenen String Sektors samt Chan-Paton Freiheitsgraden. Die darauf folgenden Kapitel 4-7 behandeln von mir durchgeführte Forschungsarbeiten. Kapitel 4 beschäftigt sich mit der Quantisierung des offenen Strings mit linearen Randbedingungen, wie sie bei Strings in elektro-magnetischen Feldern auftreten. Weiterhin wird die Quantisierung der Null- und Impuls-Moden des offenen Strings in Torus-Kompaktifizierungen durchgeführt. Außerdem wird für den Fall allgemeiner konstanter Hintergrund Neveu-Schwarz U(1)-Hintergrundfelder der Kommutator der Stringkoordinaten berechnet. Dieser stützt bisherige Resultate zur Nicht-Kommutativität von offenen Stringtheorien in Neveu-Schwarz Hintergründen. Kapitel 5 gibt, zusammen mit einigen neuen Erkenntnissen, Resultate von [1] über asymmetrische Orientifolde, insbesondere deren D-Branen Inhalt wieder. Kapitel 6 faßt die Veröffentlichung [2] zusammen, in der untersucht wurde, inwieweit sich phänomenolgisch interessante Modelle in Orientifolden von Torus-Kompaktifizierungen finden lassen. Insbesondere tragen die D9-Branen magnetische Flüsse, womit chirale Fermionen im Spektrum auftreten. Die Rechnungen werden größtenteils im gleichwertigen, T-dualen Bild ausgeführt. In diesem ist die Anzahl der chiralen Fermionen durch die topologische Schnittzahl der D-Branen gegeben. Existieren auf Torus-Kompaktifizierungen entweder nur nicht-chirale oder nicht-supersymmetrische Modelle, so lassen sich auf gewissen Orbifolden beide Eigenschaften miteinander vereinbaren. Kapitel 7 behandelt das "sigma Omega"-Orientifold auf einem T^6/Z(4) Orbifold. Als besonders interessantes Beispiel wird ein supersymmetrisches U(4) x U(2)^3_L x U(2)^3_R Modell vorgestellt, daß durch Einschalten geeigneter Hintergrundfelder in der effektiven Niederenergie-Wirkung auf ein Modell gebrochen wird, daß dem MSSM (minimalem supersymmetrischen Standard Modell) sehr ähnlich ist. Dieses Kapitel basiert auf unserer Publikation [3]. Ferner ist der Arbeit ein Anhang beigefügt, der einige der verwendeten Formeln sowie Beweise zu zwei Sätzen enthält, die im Text verwendet wurden. / This thesis contains an introductory chapter on orbifolds. Besides rudimentary basics we discuss more advanced topics like discrete torsion and asymmetric orbifold groups. As examples we investigate torus compactifications and an asymmetric T^4/Z(3)^L x Z(3)^R orbifold. The following chapter explains the foundations of orientifolds, including open strings with Chan-Paton degrees of freedom. Chapters 4-7 present own research. In chapter 4 we quantize open strings with linear boundary conditions, as they show up in electro-magnetic fields. We quantize the zero- and momentum-modes for toroidal compactifications, too. As an application we calculate the commutator of the coordinate fields in the case of general constant Neveu-Schwarz U(1)-field strengths. Thereby we confirm previous results on non-commutativity of open string theories in Neveu-Schwarz backgrounds. Chapter 5 reviews the results of a former publication [1] on asymmetric orientifolds, supplemented by some recent insights in connection with the preceeding chapter. Chapter 6 is a summary of [2]. In this publication we investigated to what extend one can build phenomenologically interesting models from toroidal orientifolds. By turning on magnetic fluxes on D9-branes we induce chiral fermions. Most calculations are performed in an (equivalent) T-dual picture. Here the number of chiral fermions is given by the topological intersection number of D-branes. In orientifolds of toroidal compactifications one obtains either non-chiral or non-supersymmetric orientifold solutions. However both properties can be reconciled in orientifolds that are obtained from specific supersymmetric orbifold compactifications. In chapter 7 we present the "sigma Omega"-Orientifold on a T^6/Z(4) orbifold. As a very attractive example we investigate a supersymmetric U(4) x U(2)^3_L x U(2)^3_R model that is broken to an MSSM-like model by switching on suitable background fields in the low energy effective action. This chapter is based on our publication [3]. The thesis is supplemented by an appendix with formulas applied in the text, as well as proofs to two theorems that were used as well.