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String Theory as a bridge between Gauge Theories and Quantum Gravity

Tipologia
Progetti nazionali
Programma di ricerca
PRIN 2020
Ente finanziatore
MIUR
Settore ERC
PE2_1 - Theory of fundamental interactions
Budget
€ 173.000
Periodo
19/05/2022 - 19/05/2025
Responsabile scientifico
Marialuisa Frau

Partecipanti al progetto

Descrizione del progetto

Questo progetto intende utilizzare la teoria delle stringhe come strumento per collegare le teorie di gauge, la gravità quantistica e la fenomenologia in modo innovativo e multidisciplinare. L’aspetto che permette di unire questi diversi campi è la dualità tra stringhe aperte e chiuse che vivono sulle D-brane. Gli stati legati delle D-brane e delle stringhe giocano infatti un ruolo cruciale nella proposta della interpretazione dei buchi neri come fuzzball, nelle teorie di difetti con simmetria superconforme e nei modelli fenomenologici per la fisica delle particelle oltre il Modello Standard.
Con questo progetto si cercherà di scoprire le implicazioni fenomenologiche delle correzioni ad accoppiamento forte alla relatività generale, che sono potenzialmente osservabili dai rivelatori di onde gravitazionali in eventi estremi come la fusione di buchi neri, di analizzare i difetti e la localizzazione in teorie di gauge supersimmetriche fortemente accoppiate e di comprendere le dualità infrarosse e i vincoli sulla stabilità della rottura dinamica della supersimmetria in modelli con stringhe non orientate.

Il progetto di ricerca si articola intorno a tre linee principali:
A) Combinare per la prima volta simulazioni innovative di relatività numerica e strumenti analitici per esplorare la fenomenologia dei fuzzball e discriminare queste configurazioni rispetto ai buchi neri classici, utilizzando le osservazioni delle onde gravitazionali presenti e future per estrarre informazioni sulla loro struttura multipolare, sfere fotoniche, modi normali ed echi.
B) Sfruttare tecniche di localizzazione non perturbative, brane e olografia per studiare i loop di Wilson, le superfici e le linee di difetto e le funzioni di correlazione in teorie di gauge supersimmetriche con simmetria superconforme.
C) Determinare le configurazioni di brane D e piani orientifold posti nelle singolarità degli spazi di Calabi-Yau con flussi e di brane di flavour necessarie per studiare le dualità IR, le cascate di dualità, la generazione dinamica di massa e la stabilità della rottura dinamica della supersimmetria.

La ricerca sarà svolta da 5 unità a Roma (Tor Vergata e Sapienza), Torino (UniTO), Trieste (SISSA) e Alessandria (UPO), e coinvolgerà complessivamente 16 ricercatori a tempo indeterminato, assegni di ricerca post-dottorato altamente qualificati e dottorandi che verranno formati su queste tematiche all'avanguardia.
Un aspetto innovativo del progetto è il fatto che membri dei diversi gruppi di ricerca hanno esperienze e competenze complementari, che possono essere combinate in modo proficuo per compiere significativi progressi in direzioni nuove e diverse, come testimonia la sinergia recente e passata delle diverse unità.
Alcuni dei risultati del progetto possono essere di uso diretto per i test sulla teoria di gravità in corso attualmente a LIGO/Virgo e aprire la strada a test di precisione con futuri rivelatori come Einstein Telescope e LISA.
Visti gli aspetti innovativi e gli obiettivi ambiziosi della proposta, prevediamo un forte impatto scientifico su aree diverse come la fisica delle alte energie, astrofisica, astronomia delle onde gravitazionali e fisica fondamentale in generale, nonché un impatto sociale e culturale al di fuori della comunità scientifica che sarà innescato da iniziative di divulgazione sulle tematiche relative al progetto.

 

This proposal aims at exploiting string theory to connect gauge theories, quantum gravity, and phenomenology in innovative and multidisciplinary ways. The common denominator is the duality between open and closed strings that is remarkably embodied by D-branes. Bound-states of D-branes and strings play a crucial role in the fuzzball proposal for black holes, as defects in theories with (broken) superconformal symmetry and, together with orientifold planes, as pillars of phenomenologically viable models of particle physics beyond the Standard Model. We will try to uncover phenomenological implications of strong-field corrections to General Relativity which are potentially observable by gravitational-wave detectors in extreme events such as black-holemergers, to analyse defects and localisation in strongly-coupled supersymmetric gauge theories,and to understand infrared dualities and constraints on the stability of dynamical supersymmetry breaking in models with unoriented strings.

The research project is articulated around three main lines:

A) Combining for the first time state-of-the-art Numerical Relativity simulations and analytic tools to explore the phenomenology of fuzzballs and discriminate them from classical black holes,using present and future gravitational-wave observations to extract information on their multipolar structure, photon-spheres, ringdown modes, and echoes.
B) Exploiting non-perturbative localization techniques, branes and holography to investigate Wilson loops, surface and line defects and correlation functions in supersymmetric gauge theorieswith (broken) super-conformal symmetry.
C) Constraining configurations of D-branes and orientifold planes at Calabi-Yau singularities with
(bulk) fluxes and flavour branes to study IR dualities, duality cascades, dynamical mass generation and stability of dynamical supersymmetry breaking.

The research will be carried on by 5 units in Rome (Tor Vergata and Sapienza), Torino (UniTO),Trieste (SISSA), and Alessandria (UPO), involving overall 16 permanent researchers, highly-qualified postdocs, and PhD students who will be trained on these cutting-edge areas. An innovative aspect of the project is the complementary expertise of the participants, that can be profitably combined to make significant progress in novel and diverse directions, as testified by recent and past synergy of the units.
Some of the project’s deliverables can be of direct use for tests of gravity currently performed at LIGO/Virgo and will pave the way for precision tests with future detectors such as the Einstein Telescope and LISA.
Given the innovative aspects and ambitious goals of the proposal, we envisage a strong scientific impact on areas as diverse as high-energy physics, astrophysics, gravitational-wave astronomy and fundamental physics at large, as well as a social and cultural impact outside the scientific community that will be triggered by dedicated outreach initiatives.

Ultimo aggiornamento: 09/09/2022 15:02
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