Panoramic View
of Current Research
in String Theory & Supergravity
by
Pietro Fré
Plan
The People: presenting the Torino String
Group and its international framework.
 The Theory: briefly recalling the 40 year
history of the subject.
 The Current Problems: summarizing the
current research lines and problems.
 The Results: summarizing the recent
Torino contributions to the development of
the subject.

The People: presenting the Torino String
Group
Three Universities with close and continuous
interaction:
1. University of Torino
2. Politecnico of Torino
3. University of Piemonte
Orientale
“A. Avogadro” (Alessandria)
University of Torino
staff:
 Marco BILLO’ (ricercatore UNI)
 Anna CERESOLE (Primo
Ricercatore INFN)
 Alessandro D’ADDA (Direttore di
Ricerca INFN)
 Marialuisa FRAU (ricercatore
UNI)
 Pietro FRE’ (Prof. Ordinario)
 Jeanette NELSON (Prof.
Associato)
 Igor PESANDO (Prof. Associato)
 Stefano SCIUTO (Prof. Ordinario)
 Carlo ANGELANTONJ (ricercatore
in attesa di presa servizio)
postdoc:
 Jos GHEERARDYN (Ph.D.
From Leuven University
Belgium)
graduate students:
 A. APOLLONI
 F. GARGIULO
 F. LONEGRO
 M. MARESCOTTI
 K. RULIK (from Kiev BLTP
Ukraine)
 G. VALLONE
Politecnico of Torino
staff:
• Riccardo D’AURIA
(Professore Ordinario)
research associates:
• Laura ANDRIANOPOLI
• Mario TRIGIANTE
• 2+2 year position
postdoc:
• Luca SOMMOVIGO
University of Alessandria
staff:
 Leonardo CASTELLANI
(Professore Ordinario)

Alberto LERDA
(Professore Ordinario)
research associates:
• Paolo ASCHIERI
• P. Antonio GRASSI
The European Network
Project MRTN-CT-2004-005104
Constituents, Fundamental Forces and
Symmetries of the Universe
(Short title: ForcesUniverse)
Description of the network
consortium
The network involves 25
participants, who collaborate with
11 supporting institutes. It is for a
large part a continuation of a RTN
network.
Coordination: Dieter Lüst, Physics
Department, Ludwig-MaximiansUniversität München, Theresienstr.
37, D-80333 München, telephone:
+49-89-21804372, e-mail:
[email protected]
We are organized in the following
groups with each main contractor
written in bold and supporting
institutes in Italics:
Ludwig-Maximians-Universität München
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik Potsdam
Universidad de Barcelona, Universidad de Valencia
Consejo Superior de Investigaciones Cientificas Madrid, Universidad de
Santiago de Compostela , Universidad de Oviedo
Institudes des Hautes Etudes Bures-sur-Yvette, Ecole Polytechnique
Ecole Normale Superieure Paris (CRNS), Service de Physique Theorique
Saclay
Nordita Copenhagen
Trinity College Dublin
INFN Frascati, Napoli University
Torino University, Torino Politecnico ,University of Allesandria
K.U. Leuven
Imperial College London
Universite de Neuchâtel
University of Patras
Institute for Nuclear Research and Nuclear Energy of the Bulgarian
Academy of Sciences Sofia
Universiteit Utrecht
Universität Bonn
University of Iceland
Padova University, SISSA Trieste
Universita de Milano-Bicocca, Universita di Milano (Milano I)
V.U. Brussel, U.L.Bruxelles
University Edinburgh
ETH-Zürich
University of Craiova
The Italian String Network
(cofinanced by the Ministry of Education)
 Università del Piemonte Orientale
 Università di Torino
 Politecnico di Torino
 Università di Milano
 Università di Milano Bicocca
 Università di Padova
 SISSA Trieste
 Università di Napoli “Federico II”
 Università di Pisa
 Università di Roma Tor Vergata
The Theory
• I fisici teorici hanno elaborato una teoria
unificata di tutte le interazioni
fondamentali la cui storia comincia nel
1968 e si articola in quattro periodi
• L’Evo Antico
• L’Evo Medio
• L’Età Moderna
• L’Età postmoderna
L’ EVO ANTICO dal 1969 al 1975
durante il quale essa è inventata e pensata
come una teoria delle interazioni forti
ovvero nucleari (Veneziano, Fubini, + ......)
L’EVO MEDIO dal 1976 al 1984
dopo la scoperta che le stringhe chiuse descrivono le
interazioni gravitazionali (Scherck, Schwarz, Gliozzi, Olive...) e la
parallela scoperta di una teoria supersimmetrica della gravità: la
supergravità (Ferrara, Freedman, Van Nieuwenhuizen)
L’ETA’ MODERNA dal 1984 al 1994
Inizia con la Prima Rivoluzione della Stringa (1984)
seguita alla scoperta della cancellazione delle “Anomalie”
(Green & Schwarz) . Questa scoperta riduce il numero di
teorie di stringa consistenti a cinque
L’ETA’ POSTMODERNA
dal 1994 ad oggi
Inizia con la Seconda Rivoluzione delle
Stringhe (1994) (Hull & Townsend, Witten) e la
scoperta che le cinque teorie sono legate
tra di loro da dualità
Ma è ancora una stringa o é una p-brana ?
O sono tante p-brane?
Una Nuova Democrazia:
La Democrazia delle brane
La Teoria delle Stringhe
ha quasi 40 anni!!
Che cosa abbiamo
imparato
dalla teoria
Abbiamo
imparato
che.....
delle stringhe?
Se guardiamo a fondo dentro la
materia troviamo delle…...
Elettrone=leptone
Nucleone
Stringhe
aperte e
chiuse
Quarks
stringhe !
I costituenti ultimi della
materia sono delle
minuscole cordicelle, dette
STRINGHE
Stringa aperta
Stringa chiusa
Lunghezza caratteristica 10-33 cm
Le Particelle sono le note di un
violino
Particella A
Particella B
Particella C
Le particelle fanno un
concerto
Tra le varie “note” emesse dalla
stringa ci sono:
• le particelle del
modello standard
• il gravitone (mediatore
della gravità)
Consistenza  restrizioni
(1984)
INOLTRE ABBIAMO
• Solo
5 teorie di superstringa
IMPARATO
sono consistenti
CHE:.................
sono collegate
alla teoria
di supergravità
•Ein Tutte
richiedono
uno
spazioD=11 che è la teoria efficace di una
tempo Ma teoria
10 dimensioni
misteriosa
unificante tutte le!
stringhe
Ma l’ universo ha 4 dimensioni!
COMPATTIFICAZIONE
10  4
se 6 dimensioni sono
“piccole” ed arrotolate
Allora otteniamo delle teorie
quadrimensionali il cui spettro di particelle
e di campi é determinato dalla geometria
delle dimensioni arrotolate
La Geometria delle dimensioni
compatte...




Le sei dimensioni compatte sono state scelte in
vari modi interessanti
Una possibilità è data dal toro T6 o dai suoi
orbifolds rispetto a gruppi discreti T6 /G.
Una possibilità di grande rilievo è data dalle
varietà di Calabi Yau: CY
La teoria dello spazio dei moduli dei CY è un
capitolo di matematica e fisica cui hanno
contribuito in maniera forte i supergravitisti ed in
modo particolare il gruppo Torino-Cern (Geometria
Speciale di Kahler ).
Abbiamo pure imparato.....
che la Teoria della Stringa oltre alle
dimensioni extra.......
implica anche l’esistenza
di
p-brane
oggetti estesi p-dimensionali
(1990-95)
Le Dp-brane sono definite come le superfici a cui si attaccano gli estremi
delle stringhe aperte.
La Teoria delle Stringhe contiene oggetti
estesi di tutte le dimensioni 0  p  9
Le p-brane si
muovono nello
spazio a 10
dimensioni e
descrivono
delle superfici
di mondo p+1
dimensionali
Alternativamente possiamo considerare le Dp brane
come
bordi una
dello
spazioevolve
temponel
a 10
dimensioni
Ad esempio
2-brana
tempo
e spazza che
assorbono
(od emettono) stringhe chiuse
una 3-superficie
The Current Problems: the most
relevant on-going research lines




Gauge/Gravity correspondence. Classical Supergravity
and String/Brane dynamics describe the quantum dynamics
of gauge theory.
Fixing the Moduli and Flux Compactifications: modern
compactifications with p-form fluxes on manifolds with Gstructures help creating scalar potential and fixing the
moduli. (Lifting the immense vacuum degeneracy)
New schemes for covariant quantization and
formulations of M-theory. Pure spinors and other
approaches to string quantization with RR bckg fields.
Gauging the hidden superalgebras of M-theory
String Cosmology from brane-constructions:
braneworlds and the landscape approach. SUSY breaking,
embedding the standard model and looking for accelarating
cosmologies
Gauge/Gravity and Strings
Dp-brane as
world volume gauge theory
Dp-brane as
boundary state in
2d CFT
Dp-Brane
as SUGRA soliton
A Magic Triangle
Fixing the moduli
Flat direction in
moduli space =
Vacuum degeneracy
The moduli (= deformation parameters
of the compact manifold) are scalar
fields in the effective supergravity
theory.
Adding fluxes,
namely vev.s of
p+1 forms:
The flat direction is
removed
Brane worlds, Cosmology and SM
Il modello standard è
identificato con la teoria di
gauge che vive su una D3
brana.
La D3 brana fluttua nello
spazio tempo a D=10
I gravitoni hanno una
barriera efficace di
potenziale per penetrare le
dimensioni trasverse alla
brana.
I fattori di scala cosmologici
nelle dimensioni trasverse e
parallele alla brana hanno
andamenti diversi.....
The Recent Results


Supergravity & branes
Strings and Branes
Supergravity & Branes

General formulation of maximal SUGRA in diverse
dimensions, SUGRA gaugings, scalar potentials and FI
terms. (Andrianopoli, Ceresole, D’Auria, Frè, Trigiante and students)

Role of tensor multiplets in string compactifications.

Cosmic biliards, oxidation and duality groups in low
dimensions (E8, E9, E10). (Frè, Trigiante and students, also in
(D’Auria, Sommovigo and Trigiante)
collaboration with Leuven)

Gauging of M-theory hidden superalgeras.

Mirror symmetry in flux compactifications.

No-scale SUGRA.

Analysis of curved domain-wall solutions in SUGRA
theories. (Ceresole, also in collaboration with Leuven)
Frè, students and Grassi 
students)
CERN)
(Castellani,
connection with pure spinors )
(D’Auria and
(D’Auria, Trigiante also in collaboration with
Strings & Branes

Gauge/gravity correspondence in systems of fractional Dbranes or wrapped branes. (Billò, Frau, Lerda, Pesando, also in
collaboration with Nordita and Napoli)

Study of the geometry produced by D-branes and of its
applications in dual gauge theories. (Billò, Frau, Frè, Lerda,
Pesando, also in collaboration with Nordita and Napoli)

Non-perturbative properties of gauge theories (e.g.
instantons) using strings and branes. (Billò, Frau, Lerda, Pesando
, also in collaboration with Roma Tor Vergata)

Deformed field theories (e.g. non-anti-commutative
theories) as theories of open strings in non trivial closed
string background. (Billò, Frau, Lerda, Pesando, Sciuto, also in
collaboration with CERN and SISSA)

Charged open strings and their interactions. (Sciuto

Applications of Berkovits formalism and pure spinors to
string theory (Grassi, Castellani and Frè)
collaboration with Cern)
Outreach activities

DVD Movie:
Strings and cosmic
billiards by P. Frè