Geri Dön

From swampland to cosmos: A journey through swampland conjectures via supergravity and string inflation

Bataklıktan kozmosa: Süpersimetrik yerçekimi ve sicim enflasyonu yoluyla bataklık tahminlerine yolculuk

PDF İndir

  1. Tez No: 895216
  2. Yazar: ÖMER GÜLERYÜZ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET ÖZKAN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Fizik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 157

Özet

Bu tezde, de Sitter swampland tahminleri, trans-Planckian sansür tahmini ve süpersimetri ile spontane kırılma içeren enflasyon için efektif alan kuramını daha kapsamlı bir şekilde anlamak amacıyla, farklı ancak birbirine bağlı araştırma alanından elde edilen derin ve değerli içgörüleri bir araya getirerek bütünsel bir yaklaşım sunmaktayız. Bu çeşitli araştırma yönlerini entegre ederek ve bunların üzerine inşa ederek, enflasyonun teorik çerçeveleri, swampland programı ve sicim kozmolojisi ile bunların karşılıklı bağlantılarına yönelik derinlemesine bir inceleme sunmayı hedefliyoruz. Bölüm 1, bu tezi güncel ve dinamik bir bilimsel zemin içerisine yerleştirir ve enflasyon, standart model, süpersimetri, süpersimetrik yerçekimi, sicim enflasyonu ve swampland tahminleri gibi çeşitli temel ve önemli konulara ilişkin genel ve kompakt bir bakış sağlar. Ayrıca, çalışma boyunca kullanılan önemli teorik arka planı, yöntemleri ve gösterimleri açık, anlaşılır ve sistematik bir şekilde sunar. Tezin geri kalan bölümleri, alanındaki yayınlanmış ve devam eden çalışmalarımın bir kombinasyonunu sunarak, okuyucuya kapsamlı bir bilgi tabanı sağlamayı amaçlar. Araştırma, tek alanlı enflasyon modelleri ve de Sitter swampland tahminleri arasındaki karmaşık ve çok boyutlu etkileşimi derinlemesine ve titiz bir şekilde incelemekte olup, bunların karşılıklı uyumluluğunun daha derin, kapsamlı ve aydınlatıcı bir anlayışını sağlamayı amaçlamaktadır. Nilpotent süperalanları özenle entegre ederek ve trans-Planckian sansür tahminini detaylı ve eksiksiz bir şekilde ele alarak, araştırmanın kapsamını genişletmekte ve süpersimetrik yerçekimi ve etkili alan teorileri ile ilgili kritik, önemli ve temel yönleri değerlendirmektedir. Bölüm 2, Atli ve Guleryuz (2021) adlı yayında yayınlanmıştır ve de Sitter bataklık tahminlerinin ve tek alanlı enflasyon modelleri için genel bir potansiyel terimi içeren de Sitter bataklık tahminlerinin etkileri üzerinde ayrıntılı bir inceleme yapılır. Bu bağlamda, açık sicim brane alanları enflasyon mekanizması için uygun adaylar olarak öne çıkar ve genel maddesel alanlar ile açık sicimleri de içeren Kähler potansiyelleri elde etmek mümkündür. Bu yaklaşım, genel süpersimetrik enflasyon potansiyellerinin sicim-teorik kurulumda yerleştirilmesini içerir. İki kompleks skaler alan olan $\Phi$ ve $S$ ile başlayarak, bu alanların dönüşümleri altında ayrı ayrı değişmez olan bir Kähler potansiyeli kullanarak süpersimetrik yerçekimi teorisinde F-terim potansiyelini elde etmek mümkündür. Bu potansiyel, enflasyon sürecinde ortadan kaybolur ve enflasyon mekanizması için elverişlidir. Bu durumda, $S$ alanı, stabilizasyon terimi olarak hizmet eder ve şişme süreci sırasında kaybolur. Bu bölüm ayrıca, süperkonformal eylemin süperkonformal yerleştirilmesinden etkili potansiyel ve enflasyon potansiyelini ayıran de Sitter bataklık tahminlerini titizlikle yeniden ele alır. Nihayetinde ise, sınırlı de Sitter tahminini tanıtmakta ve bu tahmin, tek alanlı enflasyon modelleri ile de Sitter bataklık tahminleri arasındaki ilişkiye değerli bir içgörü sağlamaktadır. İnflaton alanının stabilizasyonunun konkav enflasyon potansiyeline ihtiyaç duyduğu ve bağlantılı enflasyon parametresi $0 \lesssim -\eta \leq c' \approx \mathcal{O}(1)$ koşulunu sağladığı sürece sınırlı de Sitter tahmininin herhangi bir konkav enflasyon potansiyeli için karşılanabileceği gösterilir. Bu bulgu, tek alanlı enflasyon modelleri ve de Sitter bataklık tahminleri arasındaki ilişki hakkında önemli içgörüler sunar ve mümkün olan karşılıklı uyumluluğu anlamada mütevazı ve yapıcı bir adım atmaktadır. Bölüm 3 Guleryuz (2021) adlı yayında yayınlanmıştır ve burada trans-Planckian sansür tahmini üzerine odaklanarak hem Einstein hem de Jordan çerçevelerindeki minimal olmayan bağlantı terimlerinin etkilerini kapsamlı bir şekilde incelemiştir. Bu bağlamda, kanonik durumda Lagranjyan, Einstein-Hilbert terimi ve bir enflasyon alanı olan madde Lagranjyanının bir kombinasyonu olarak verilir. Minimal olmayan çiftleme durumunda, skaler alan yerçekimi Lagranjyanının minimal olmayan çiftleme terimi aracılığıyla enflasyon sürecine katkı sağlayabilir. Bu Lagranjyanda, minimal olmayan çiftleme terimi, genel görelilik denklemlerinde madde sektörüne etki eden bir parça olarak Einstein çerçevesinde veya buna denk olarak yerçekimini değiştirmek için etki eden bir parça olarak olarak düşünülür ve bu Jordan çerçeve Lagranjyanı olarak adlandırılır. Trans-Planckian sansür tahmini, minimal ve minimal olmayan çiftleme durumlarında skaler potansiyel için bir üst sınır belirler ve bu, kütleçekimi dalgalarının güç spektrumunun ve enflasyon parametresi $r$ için bir üst sınırını belirler. Bu bilgiler ışığında değiştirilmiş madde sektörü yaklaşımının, minimal olmayan çiftleme terimini madde sektörüne yönlendirerek Einstein çerçevesine geri döndürerek aynı kısıtlamaları sağladığı gösterilmiştir. Ayrıca, trans-Planckian sansür tahmini'nin korunması ve minimal olmayan bağlantı terimleri ile enflasyon dinamikleri arasındaki güçlü etkileşim incelenmiştir. Dolayısıyla, bu bölümde, her iki çerçeve için genel olmayan minimal bağlantı terimine trans-Planckian sansür tahmini'nin genel yerleştirilmesini gösterdik ve genelleştirilmiş minimal olmayan bağlantı durumu için bir örnek sunduk. Bu genelleştirilmiş minimal olmayan bağlantıya sahip bir model için, etkili Planck kütlesi $\mathcal{M}_{pl}$'nin başlangıç değerini sabit tutmak mümkündür ve bu durumda, trans-Planckian sansür tahmini sınırı ve Jordan çerçevesindeki potansiyel üst sınırı, etkili Planck kütlesinin sabit değeriyle ilişkilidir. Bu örnekte, enflasyon parametresi $r$'nin üst sınırının, genelleştirilmiş minimal olmayan bağlantı durumunun güçlü bağlantı sınırında Jordan çerçevesi potansiyelinden bağımsız hale geldiğini gösterdik. Özellikle, güçlü bağlantı sınırında Jordan çerçevesi potansiyeli $V_J(\phi)$ üzerindeki üst sınırın hafifletilebileceğini gösterdik. Dolayısıyla bu bulgular, genel olarak kozmolojik enflasyon modellerinde, trans-Planckian sansür tahmini'nin korunduğunu vurgulamanın yanı sıra, genelleştirilmiş minimal olmayan bir çiftlenmenin etkisiyle trans-Planckian sansür tahmininin getirdiği sınırın ortadan kaldırılması ihtimalini veya bu sınırın belirli durumlarda daha az kısıtlayıcı hale gelebileceğini ve tahmine uyan daha geniş bir enflasyon potansiyeli yelpazesine izin verilebileceğini göstermektedir. Böylece bu bölüm, trans-Planckian sansür tahmini ile uyumlu çeşitli enflasyon modelleri ve erken evrenin dinamiklerine dair anlayışımız için minimal olmayan bağlantı terimlerinin etkileri üzerine gelecekte yapılacak araştırmalara yeni alanlar açar. Bu çalışma, enflasyon teorisi ve trans-Planckian sansür tahmini'nin uygulanabilirliği ile ilgili önemli soruları ele alarak, bu konulardaki bilgi tabanının zenginleştirilmesine ve daha iyi bir anlayışa doğru mütevazı bir adım atmaktadır. Bölüm 4, Guleryuz (2023) adlı yayında yayınlanmıştır. Bu bölümde, süpersimetrik anti de Sitter boşluğu oluşturmadan spontane kırılan süpersimetri ile enflasyon için etkili bir alan teorisi inşa ettik. Nilpotent süpergravite ve evrensel çekici mekanizma tarafından sunulan araçları birleştirerek bunu gerçekleştirdik. Farklı Kähler potansiyellerin, skaler potansiyeli Kähler dönüşümüne kadar bozmaksızın düz yönde aynı kinetik terimi üretebileceğini ve Kähler potansiyelinde doğrusal olarak bağlı nilpotent süperalanların enflasyon, spontane süpersimetri kırılması ve potansiyelin minimumunda de Sitter boşluğu elde etmede önemli bir rol oynadığını gösterdik. Ayrıca, herhangi gerçek değerli bir parametreyi toplam Kähler potansiyeline genel bir çarpan olarak ekleyebileceğimizi belirttik. Bu, $\alpha$-çekici modellerde olduğu gibi, enflasyon çekicilerinin birleşik bir bölgesini yakalayarak de Sitter ve Minkowski boşluklarını elde etmemize ve karşıt de Sitter boşluklarından kaçınmamıza olanak tanıdı. Bu, enflasyon ve süpersimetri kırılması arasında karmaşık bir dengeyi gösteren değerli bir sonuçtur. Nilpotent süperalanları $\mathcal{N}=1$, $D=4$ süper yerçekimi arka planında de Sitter bataklık tahmini içine gömdük ve de Sitter tahmini için tutarlı efektif alan kuramı alanını genişlettik. Potansiyel gradyanına nilpotent süperalanlar dahil edildiğinde, de Sitter bataklık tahmininin parametresi olan $c\sim \mathcal{O}(1)$ sınırının enflasyon dönemi boyunca dinamik evrim geçirebileceğini gösterdik. En sıkı sınır, $4.61 \gtrsim c$ ile asimptotik sınırda ortaya çıkmaktadır. Bu sonuç, bataklık tahmini ve etkili alan teorisi alanının altındaki yapı arasındaki karmaşık etkileşimi ortaya koymaktadır. Dolayısıyla, nilpotent süperalanların varlığında (süper)evrensel çekiciler, tek alanlı enflasyon ve bataklık çatışmasından zarif bir resim çizerek bataklık için olası bir yol sunar ve sicim teorisi ile kozmoloji arasındaki ilişkilerin daha derin bir anlayışına katkıda bulunabilir. Sonuç olarak, bu çalışma, de Sitter bataklık tahminleri, trans-Planckian sansür tahmini ve süpersimetri ile spontane kırılma içeren enflasyon için etkili alan teorisine yönelik kapsamlı bir analiz sunmaktadır. Bu farklı ama ilişkili konuları birleştirerek, sadece her bir kavramın anlaşılmasını derinleştirmedik, aynı zamanda aralarındaki yeni bağlantılar ve bağımlılıkları da belirledik. Bulgularımız, çeşitli enflasyon modellerinin trans-Planckian sansür tahmini ve de Sitter bataklık tahminleri ile uyumluluğu, minimal olmayan bağlantı terimleri ve süpersimetri üzerine anlayışımızın erken evren dinamiklerine yönelik etkileri hakkında daha fazla araştırma yapmak için sağlam bir temel sunmaktadır. Ayrıca, sonuçlarımız, sicim kozmolojisi alanında hala keşfedilecek çok şey olduğunu ve bu araştırmalardan elde edilen içgörülerin, evrenin temel ilkelerini ve gerçekliğin nihai doğasını anlamamızı şekillendirmede önemli bir rol oynayabileceğini düşündürmektedir.

Özet (Çeviri)

In this dissertation, we have combined insights from distinct yet interrelated areas of research to obtain a more thorough understanding of the de Sitter swampland conjectures, the trans-Planckian Censorship Conjecture, and the EFT for inflation with spontaneously broken supersymmetry. By integrating these diverse aspects of the research, we aim to provide a unified, in-depth overview of the theoretical frameworks of inflation, the swampland program, and string cosmology, as well as their connections, interdependencies, and implications for one another. Chapter 1 situates this dissertation within the current scientific landscape by providing a concise overview of various key topics, such as Inflation, Standard Model, Supersymmetry, Supergravity, String Inflation, and Swampland Conjectures. It also introduces the essential theoretical background, methodologies, and notation utilized throughout the study. The remaining chapters of the dissertation present a combination of my published research and ongoing work in the field. The research explores the interplay between single-field inflationary models and de Sitter swampland conjectures, seeking to provide a deeper understanding of the possibility of their mutual compatibility. By incorporating nilpotent superfields and examining the Trans-Planckian censorship conjecture, the scope of the research is broadened, addressing crucial aspects of supergravity and effective field theories. Chapter 2 was published in Atli and Guleryuz (2021), and investigates de Sitter swampland conjectures and their implications for single-field inflationary models with a generic potential. It revisits the de Sitter swampland conjectures by distinguishing the effective potential and inflationary potential from superconformal embedding of the superconformal action. It introduces the bounded de Sitter conjecture, which provides insight into the relationship between single-field inflationary models and de Sitter swampland conjectures. In that chapter, we showed that the stabilization of the inflaton field required the concave inflation potential and that the bounded de Sitter conjecture can be satisfied for any concave inflation potential as long as the related inflation parameter fulfills the condition $0 \lesssim -\eta \leq c' \approx \mathcal{O}(1)$. This finding offers valuable insights into the relationship between single-field inflationary models and the de Sitter swampland conjectures, providing a modest step towards understanding their possible mutual compatibility. Chapter 3 was published in Guleryuz (2021), where we focused on the trans-Planckian Censorship Conjecture (TCC) and examined its implications for non-minimal coupling terms in both Einstein and Jordan frames. It demonstrates the robustness of the TCC and the strong interplay between non-minimal coupling terms and inflationary dynamics. In that chapter, we demonstrated a general embedding of the generic non-minimal coupling term to the TCC for both frames and presented an example for the generalized non-minimal coupling case. In this example, we showed that the upper bound on the inflationary parameter $r$ becomes independent of the Jordan frame potential in the strong coupling limit of the generalized non-minimal coupling case. Moreover, the upper bound on the Jordan frame potential $V_J(\phi)$ can be eased in the strong coupling limit. These findings not only highlight the robustness of the TCC but also shows that the TCC bound might become less constraining in certain circumstances, allowing for a wider range of inflationary potentials that satisfy the conjecture. Thus, open up new avenues for future research on the compatibility of various inflationary models with the TCC, as well as the implications of non-minimal coupling terms for our understanding of the early universe's dynamics. Chapter 4 was published in Guleryuz (2023). In that chapter, we built an effective field theory for inflation with spontaneously broken supersymmetry without generating any supersymmetric AdS vacua by combining the tools offered by the nilpotent supergravity and the universal attractor mechanism. We showed that various Kähler potentials could produce the same kinetic term in flat directions without disrupting the scalar potential up to a Kähler transformation, and linearly coupled nilpotent superfields in the Kähler potential plays a crucial role in inflation, spontaneous SUSY breaking, and obtaining a de Sitter vacuum at the minimum of the potential. We also showed that one can promote an arbitrary parameter, such as in the $\alpha$-attractor models, as an overall multiplier to the total Kähler potential, capturing a unified region of the inflationary attractors, allowing us to obtain de Sitter and Minkowski vacua while avoiding AdS vacua. Additionally, we embedded the nilpotent superfields into the de Sitter swampland conjecture in an $\mathcal{N}=1$, $D=4$ SUGRA background, and expanded the consistent EFT space for the dSC. We showed that the bound on the parameter $c\sim \mathcal{O}(1)$ of the de Sitter swampland conjecture might undergo dynamic evolution during the inflationary epoch in case nilpotent superfields are incorporated into the potential gradient. The most stringent bound seems to emerge in the asymptotic limit with $4.61 \gtrsim c$. This result reveals a possible intricate interplay between the swampland conjecture and the underlying structure of the effective field theory space. Hence, the (super)universal attractors in the presence of nilpotent superfields offer a potential way out of the single-field inflation and swampland conflict by drawing an elegant picture for the swampland, which could contribute to a deeper understanding of the interrelations between string theory and cosmology. In conclusion, this study has provided a comprehensive analysis of the de Sitter swampland conjectures, the trans-Planckian Censorship Conjecture, and the effective field theory for inflation with spontaneously broken supersymmetry. Our findings offer a solid foundation for further research into the compatibility of various inflationary models with the TCC and the de Sitter swampland conjectures, as well as the implications of non-minimal coupling terms. Moreover, our results suggest that there is still much to be explored, and the insights gained from these investigations may prove instrumental in shaping our future understanding of the universe's underlying principles and the ultimate nature of reality.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    783421

    Samsun Belediye tarihi üzerine bir inceleme (1930-1945)

    A review of the history of the Municipality of Samsun (1930-1945)

    YUSUF KARAKARTAL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    TarihAfyon Kocatepe Üniversitesi

    Tarih Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. FEYZA KURNAZ ŞAHİN

  2. Tez No

    259053

    Işıklı Göl (Çivril, Denizli) tortullarının sedimantolojik incelenmesi

    Sedimentological investigtion of lacustrine deposits of Lake Işikli (Çivril, Denizli), Western Anatolia, Turkey

    MOHAMMED TARİQ ISMAEL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2009

    Jeoloji MühendisliğiAnkara Üniversitesi

    Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİZAMETTİN KAZANCI

  3. Tez No

    459664

    Günümüzde ihdȃs edilen evlilik çeşitlerinin fıkhȋ hükmü(İslam Hukuku ile Türk Medeni Hukuku arasında bir mukayese)

    The future of the marriage divided today (A comparison between İslamic Law and Turkish Civil Law)

    MAHDI AMEEN HADI HADI

    Yüksek Lisans

    Arapça

    Arapça

    2016

    HukukYüzüncü Yıl Üniversitesi

    Temel İslam Bilimleri Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. MEHMET SELİM ASLAN

  4. Tez No

    433046

    Sorgum (Sorghum bicolor (L.) moench) koleksiyonunda Sorgum afitine (Melanaphis sacchari (Zehntner)) dayanıklılık ve uzun boy karakterlerinin moleküler markerler yardımıyla belirlenmesi

    Identification of resistance against Sorghum aphid (Melanaphis sacchari (Zehntner)) and plant height characteristics via molecular markers in a sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) collection

    BİRGÜL GÜDEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    BiyoteknolojiAkdeniz Üniversitesi

    Tarla Bitkileri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BÜLENT UZUN

  5. Tez No

    295386

    Deleuze'ün kavramları üzerinden Pınar Mahallesi okuması

    Reading Pinar Region through Deleuze's notions

    ÇİÇEK ŞADİYE TEZER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    Mimarlıkİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SEMRA AYDINLI

Geri Dön