We propose a new higher-dimensional mechanism for solving the hierarchy problem. The weak scale is generated from the Planck scale through an exponential hierarchy. However, this exponential arises not from gauge interactions but from the background metric (which is a slice of ${\mathrm{AdS}}_{5}$ spacetime). We demonstrate a simple explicit example of this mechanism with two 3-branes, one of which contains the standard model fields. The phenomenology of these models is new and dramatic. None of the current constraints on theories with very large extra dimensions apply.

Conventional wisdom states that Newton's force law implies only four noncompact dimensions. We demonstrate that this is not necessarily true in the presence of a nonfactorizable background geometry. The specific example we study is a single 3-brane embedded in five dimensions. We show that even without a gap in the Kaluza-Klein spectrum, four-dimensional Newtonian and general relativistic gravity is reproduced to more than adequate precision.

We study the fluctuation spectrum of linearized gravity around non-fine-tuned branes. We focus on the case of an AdS4 brane in AdS5. In this case, for small cosmological constant, the warp factor near the brane is essentially that of a Minkowski brane. However, far from the brane, the metric differs substantially. The space includes the AdS5 boundary, so it has infinite volume. Nonetheless, for sufficiently small AdS4 cosmological constant, there is a bound state graviton in the theory, and four-dimensional gravity is reproduced. However, it is a massive bound state that plays the role of the four-dimensional graviton.

The cosmological moduli problem is discussed in the framework of sequestered sector/anomaly-mediated supersymmetry (SUSY) breaking. In this scheme, the gravitino mass (corresponding to the moduli masses) is naturally 10 - 100 TeV, and hence the lifetime of the moduli fields can be shorter than $\sim 1 sec$. As a result, the cosmological moduli fields should decay before big-bang nucleosynthesis starts. Furthermore, in the anomaly-mediated scenario, the lightest superparticle (LSP) is the Wino-like neutralino. Although the large annihilation cross section means the thermal relic density of the Wino LSP is too small to be the dominant component of cold dark matter (CDM), moduli decays can produce Winos in sufficient abundance to constitute CDM. If Winos are indeed the dark matter, it will be highly advantageous from the point of view of detection. If the halo density is dominated by the Wino-like LSP, the detection rate of Wino CDM in Ge detectors can be as large as $0.1 - 0.01$ event/kg/day, which is within the reach of the future CDM detection with Ge detector. Furthermore, there is a significant positron signal from pair annihilation of Winos in our galaxy which should give a spectacular signal at AMS.

We analyze the cosmology of the Randall-Sundrum model and that of compact brane models in general in the presence of a radius stabilization mechanism. We find that the expansion of our Universe is generically in agreement with the expected effective four dimensional description. The constraint (which is responsible for the appearance of nonconventional cosmologies in these models) that must be imposed on the matter densities on the two branes in the theory without a stabilized radius is a consequence of requiring a static solution even in the absence of stabilization. Such constraints disappear in the presence of a stablizing potential, and the ordinary Friedmann-Robertson-Walker (FRW) equations are reproduced, with the expansion driven by the sum of the physical values of the energy densities on the two branes and in the bulk. For the case of the Randall-Sundrum model we examine the kinematics of the radion field, and find that corrections to the standard FRW equations are small for temperatures below the weak scale. We find that the radion field has renormalizable and unsuppressed couplings to standard model particles after electroweak symmetry breaking. These couplings may have important implications for collider searches. We comment on the possibility that matter off the TeV brane could serve as a dark matter candidate.

We consider certain supersymmetric configurations of intersecting branes and branes ending on branes and analyze the duality between their open and closed string interpretation. The examples we study are chosen such that we have the lower dimensional brane realizing an n+1 dimensional conformal field theory on its worldvolume and the higher dimensional one introducing a conformal boundary. We also consider two CFTs, possibly with different central charges, interacting along a common conformal boundary. We show with a probe calculation that the dual closed string description is in terms of gravity in an AdS_{n+2} bulk with an AdS_{n+1} defect or two different AdS_{n+2} spaces joined along a defect. We also comment briefly on the expected back-reaction.

Supersymmetry breaking in the early Universe induces scalar soft potentials with curvature of the order of the Hubble constant. This has a dramatic effect on the coherent production of scalar fields along flat directions. For moduli fields, this breaking generically gives a concrete realization of the moduli problem by determining the field value at early times. However, it suggests a solution if the minimum of the induced potential coincides with the true minimum. For the Affleck-Dine mechanism, large squark and slepton expectation values generally do not result if the induced soft mass squared is positive, but they do occur if it is negative. An acceptable baryon asymmetry can be obtained without subsequent entropy releases and is related to the mass of the lightest neutrino.

The idea of supersymmetry at the weak scale should be tested without regard to the Planck-scale origin of any specific model. A class of low-energy effective supersymmetric theories is derived from four assumptions: minimal field content, R-parity conservation, absence of quadratic divergences, and naturalness of near-flavor conservation. Current experiments are testing and constraining this wide class of supersymmetric models, and not just a specific N=1 supergravity model.

Late-time dominance of entanglement islands plays a critical role in addressing the information paradox for black holes in AdS coupled to an asymptotic non-gravitational bath. A natural question is how this observation can be extended to gravitational systems. To gain insight into this question, we explore how this story is modified within the context of Karch-Randall braneworlds when we allow the asymptotic bath to couple to dynamical gravity. We find that because of the inability to separate degrees of freedom by spatial location when defining the radiation region, the entanglement entropy of radiation emitted into the bath is a time-independent constant, consistent with recent work on black hole information in asymptotically flat space. If we instead consider an entanglement entropy between two sectors of a specific division of the Hilbert space, we then find non-trivial time-dependence, with the Page time a monotonically decreasing function of the brane angle---provided both branes are below a particular angle. However, the properties of the entropy depend discontinuously on this angle, which is the first example of such discontinuous behavior for an AdS brane in AdS space.

A bstract Motivated by the warped conifold compactification, we model the infrared (IR) dynamics of confining gauge theories in a Randall-Sundrum (RS)-like setup by modifying the stabilizing Goldberger-Wise (GW) potential so that it becomes large (in magnitude) in the IR and back-reacts on the geometry. We study the high-temperature phase by considering a black brane background in which we calculate the entropy and free energy of the strongly back-reacted solution. As with Buchel’s result for the conifold [1], we find a minimum temperature beyond which the black brane phase is thermodynamically unstable. In the context of a phase transition to the confining background, our results suggest that the amount of supercooling that the metastable black brane phase undergoes can be limited. It also suggests the first-order phase transition (and the associated gravitational waves from bubble collision) is not universal. Our results therefore have important phenomenological implications for early universe model building in these scenarios.