Moduli stabilization is one of the key steps to understand low energy
phenomenology of string theory.
In this thesis, we study the phenomenological and cosmological implication
of the moduli stabilization, especially the KKLT and Large Volume Scenario (LVS)
which are explicitly realized in string theory. In each scenario,
the structure of low energy soft terms are examed. Based on analysis of
sparticle spectrum, we discuss the cosmological implication of the KKLT and LVS
models. Both scenarios have serious cosmological moduli problem.
In the KKLT models, it is well known that in spite of the fact that
moduli are heavy enough as to decay before the BBN, their decay products
can lead to overproduction of neutralino dark matter.
In the LVS models, there eixsts a very light modulus, and its abundance is highly
constrained by X($\gamma$)-ray observation.
Thermal inflation is the prime candidate to solve the moduli problem.
We present a phenomenologically viable model for each moduli stabilization scenario,
in which the dangerous moduli are sufficiently diluted by (multi-step) late thermal
inflation while implementing the Affleck-Dine leptogenesis. Even though
detailed property of the models is different for each stabilzation scenario, they
have the following things in common.
The model involves two singlet superfields whose scalar componenets (flatons) are
responsible for correct mass scale of the QCD axion solving the strong CP problem,
the weak-scale
valued Higgs $\mu$ and $B_\mu$ parameters, the scale of spontaneous lepton
number violation. The dark matter is provided by the fermion component of
the single superfield (lightest flatino).
모듈리 안정화는 초끈이론의 저에너지 현상론을 이해하기 위한 핵심 단계 중 하나이다.
본 논문에서 우리는 모듈리 안정화, 특히 끈이론에서 구체적으로 실현되어진
KKLT 와 LVS 타입의 모듈리 안정화의 현상론적, 우주론적 함의에 대한 연구를 수행했다.
각각의 시나리오에서 저에너지의 부드러운 초대칭 깨어짐 항의 구조에 대해 조사하였고,
이를 바탕으로 우리는 KKLT 와 LVS 모델들의 우주론적 함의에 대해서 논의하였다.
두 시나리오 모두 모듈리 문제는 심각한데, KKLT 모델에서는 모듈리가 충분히 무겁지만,
그들의 붕괴 생성물들이 뉴트랄리노의 과잉생산을 유도하게 되고, LVS 모델에서는 매우 가벼운
모듈러스가 존재하여 X(감마)-선의 관측결과로 그 양에 대한 매우 큰 제한이 존재한다.
열적 가속 팽창은 모듈리 문제를 해결하는 가장 유력한 후보이다. 각각의 모듈리 안정화
시나리오 대해서, 우리는 다음과 같은 현상론적으로 실현 가능한 모델을 제시했다.
이 모델에서는 우주론적으로 위험한 모듈리가 다단계 열적 가속 팽창을 통해서
충분히 희석되고, 동시에 Affleck-Dine 타입의 경입자생성을 통해 관측량과 일치하는
강입자수를 생성하게 된다. 모델은 두개의 싱글렛
초대칭장을 포함하는데 그것의 스칼라 성분(평탄장)들은 강한 CP 문제를 푸는 QCD 액시온,
약작용 스케일의 뮤항과 비항, 그리고 경입자수를 자발적으로 깨는 스케일을 결정하는 역할을 한다.
암흑물질은 싱글렛 초대칭장의 페르미온 성분(가장 가벼운 평탄미자)에 의해 주어진다.
우리가 제시한 모델은 자연에 대한 이해를 좀 더 근본적인 이론에서부터 출발하여
저에너지현상까지 일관된 관점으로 이해하고자 하는 시도에 의한 결과이며, 이를 통해 자연에 대한 더 깊은 이해에 기여할 수 있기를 바라며 요약을 마친다.
