In Richtung der Phänomenologie von der Stringtheorie

Die fundamentalen Naturkräfte sind die Gravitation - beschrieben durch die Allgemeine Relativitätstheorie von Einstein, sowie die elektromagnetische Kraft und die Kernkräfte, wie sie die Quantenmechanik darstellt, beispielsweise durch die Beschreibung eines Atoms bestehend aus Elektronen und Kern. Es hat sich als unglaublich schwierig erwiesen, diese Kräfte und Theorien in einem konsistenten Theoriegeäude zu vereinen, das zum Beispiel die Anfänge unseres Universums direkt nach dem Urknall erklärt, als es mit Elementarteilchen gefüllt war. Interessant ist, dass die Stringtheorie zu den wenigen Kandidaten für solch eine grundlegende Theorie gehört. Allerdings bleibt es sehr kompliziert, eine eindeutige Verbindung herzustellen zu der Welt, wie wir sie beobachten. So liefert die Stringtheorie eine gute Beschreibung für Universen, die sich in ihrer Form von unserem unterscheiden, oder andere Elementarteilchen beinhalten. Ziel meiner Forschung ist es, die Verbindung zwischen der Stringtheorie und unserer Welt zu verbessern, und gleichermaßen zu verstehen, inwieweit dies möglich ist. Konkret verfolgt mein Forschungsprojekt drei Hauptziele. Das erste Ziel betrifft die tatsächliche Form unseres Universums: Beobachtungen zeigen, dass es sich ausdehnt und die Ausdehnung sich beschleunigt, daher wird es als "de Sitter" Universum bezeichnet. Ich werde untersuchen, unter welchen Bedinungen die Stringtheorie ein de Sitter Universum beschreibt. Zum zweiten Ziel führt der Weg in die entgegengesetzte Richtung: einige andere Theorien, die Supergravitationstheorien genannt werden, erlauben das de Sitter Universum und daraus ergibt sich die Frage, ob man diese Theorien mit der Stringtheorie verbinden könnte, oder sogar aus ihr ableiten könnte. Mein Ziel ist es, diese Verbindung herzustellen. Schließlich soll im dritten Teil meines Projekts eine Teilmenge der Elementarteilchen untersucht werden, die normalerweise aus der Stringtheorie hervorgehen, nämlich jene, die dem Higgs-Boson ähneln. Durch das Erreichen dieser drei Ziele wäre ein wichtiger Schritt getan für die Verbindung zwischen der Stringtheorie und der Welt, so wie wir sie beobachten.

Es ist eine Tatsache, dass sich unser Universum mit einer beschleunigten Geschwindigkeit ausdehnt. Die für diese Beschleunigung verantwortliche Energie ist noch nicht vollständig verstanden: Sie ist anders als alles, was wir kennen, und wird aus diesem Grund als "dunkle Energie" bezeichnet. Diese Beschleunigung und Energie kann auf eine bestimmte Geometrie der Raumzeit unseres Universum, die als de Sitter Raumzeit bezeichnet wird, zurückgeführt werden. In diesem Projekt haben wir versucht, ausgehend von der Stringtheorie, solche de Sitter Lösungen zu finden. Die Stringtheorie ist ein Kandidat für eine fundamentale Theorie, welche die Natur beschreibt. Als solche sollte sie in der Lage sein, diese mysteriöse dunkle Energie zu erklären. Aus diesem Grund suchten und fanden wir neue Lösungen mit einer de Sitter Raumzeit in einer der Stringtheorie sehr nahen Theorie namens Supergravitation. Die dunkle Energie entspricht dann einigen Bestandteilen, die in den Extradimensionen der Theorie vorhanden sind. Wir haben auch einige Eigenschaften dieser neuen Lösungen untersucht, nämlich ihre Stabilität, die aussagt, wie lange ein solches Universum existieren würde. In zuvor gefundenen de Sitter Lösungen haben sie nicht ausreichend lange überlebt, um realistisch zu sein. Wir haben diese Situation im Projekt mit neuen Lösungen verbessert. Es ist bekanntermaßen schwierig, de Sitter Lösungen, die unser Universum mit beschleunigter Expansion nachahmen, im Rahmen der Stringtheorie zu finden. In letzter Zeit wurden einige Vermutungen aufgestellt, dass solche Lösungen nicht existieren, zumindest in bestimmten Bereichen der Stringtheorie. In dem Projekt konnten wir diese Annahmen bis zu einem gewissen Grad beweisen und verfeinern, um zu zeigen, dass sie etwas Wahres enthalten. In der Stringtheorie zielen viele Konstruktionen darauf ab, ein realistisches 4-dimensionales physikalisches Modell unserer Welt abzuleiten. Die meisten verwenden massive Objekte, die als D-Branen und Orientifolds bezeichnet werden. Wie jedes massive Objekt in der Allgemeinen Relativitätstheorie krümmen diese Objekte die Raumzeit. In diesem Projekt haben wir zum ersten Mal bestimmt, wie sie die Raumzeit krümmen, wenn einige Raumdimensionen kompakt sind, zum Beispiel wenn die zusätzlichen Dimensionen Kreise sind. Dies ist eine häufig anzutreffende Situation in von der Stringtheorie inspirierten Modellen. Wir nutzten diese neue Information, um die Ausbreitung von 4-dimensionalen Gravitationswellen in Gegenwart solch massiver Objekte und zusätzlicher Dimensionen zu untersuchen und um dies mit zukünftigen Beobachtungen zu vergleichen.