Diese Arbeit befaßt sich mit der Koppelung von Vertex-Modellen an die planaren $\phi^4$-Zufallsgraphen des Zugangs zur Quantengravitation über dynamische Polygonifizierungen. Das betrachtete System hat eine doppelte Bedeutung, einerseits als die Koppelung einer konformen Feldtheorie mit zentraler Ladung $C=1$ an zweidimensionale Euklidische Quantengravitation, andererseits als Anwendung von geometrischer, "annealed" Unordnung auf ein prototypisches Modell der statistischen Mechanik. Da das Modell mit Hilfe einer großangelegten Reihe von Monte Carlo Simulationen untersucht wird, müssen entsprechende Techniken für die Simulation von dynamischen Quadrangulierungen bzw. die dualen $\phi^4$-Graphen entwickelt werden. Hierzu werden verschiedene Algorithmen und die dazugehörigen Züge vorgeschlagen und hinsichtlich ihrer Ergodizität und Effizienz untersucht. Zum Vergleich mit exakten Ergebnissen werden die Verteilung der Koordinationszahlen bzw. bestimmte Analoga davon konstruiert. Für Simulationen des $F$-Modells auf $\phi^4$-Zufallsgraphen wird ein Ordnungsparameter für den antiferroelektrischen Phasenübergang mit Hilfe einer Plakettenspindarstellung formuliert. Ausführliche "finite-size scaling"-Analysen des Kosterlitz-Thouless-Phasenübergangs des $F$-Modells auf dem Quadratgitter und auf Zufallsgraphen werden vorgestellt und die Positionen der jeweiligen kritischen Punkte sowie die dazugehörigen kritischen Exponenten werden bestimmt. Die Rückreaktion des Vertex-Modells auf die Zufallsgraphen wird in Form der Koordinationszahlverteilung, der Verteilung der "Baby-Universen" und dem daraus resultierenden String-Suszeptibilitäts-Exponenten sowie durch die geometrische Zweipunktfunktion analysiert, die eine Schätzung der intrinsischen Hausdorff-Dimension des gekoppelten Systems liefert. / In this thesis, the coupling of ice-type vertex models to the planar $\phi^4$ random graphs of the dynamical polygonifications approach to quantum gravity is considered. The investigated system has a double significance as a conformal field theory with central charge $C=1$ coupled to two-dimensional Euclidean quantum gravity and as the application of a special type of annealed connectivity disorder to a prototypic model of statistical mechanics. Since the model is analyzed by means of large-scale Monte Carlo simulations, suitable simulation techniques for the case of dynamical quadrangulations and the dual $\phi^4$ random graphs have to be developed. Different algorithms and the associated update moves are proposed and investigated with respect to their ergodicity and performance. For comparison to exact results, the co-ordination number distribution of the dynamical polygonifications model, or certain analogues of it, are constructed. For simulations of the 6-vertex $F$ model on $\phi^4$ random graphs, an order parameter for its anti-ferroelectric phase transitions is constructed in terms of a "plaquette spin" representation. Extensive finite-size scaling analyses of the Kosterlitz-Thouless point of the square-lattice and random graph $F$ models are presented and the locations of the critical points as well as the corresponding critical exponents are determined. The back-reaction of the coupled vertex model on the random graphs is investigated by an analysis of the co-ordination number distribution, the distribution of "baby universes" and the string susceptibility exponent as well as the geometric two-point function, yielding an estimate for the internal Hausdorff dimension of the coupled system.

Diese Arbeit befaßt sich mit der Koppelung von Vertex-Modellen an die planaren $\phi^4$-Zufallsgraphen des Zugangs zur Quantengravitation über dynamische Polygonifizierungen. Das betrachtete System hat eine doppelte Bedeutung, einerseits als die Koppelung einer konformen Feldtheorie mit zentraler Ladung $C=1$ an zweidimensionale Euklidische Quantengravitation, andererseits als Anwendung von geometrischer, "annealed" Unordnung auf ein prototypisches Modell der statistischen Mechanik. Da das Modell mit Hilfe einer großangelegten Reihe von Monte Carlo Simulationen untersucht wird, müssen entsprechende Techniken für die Simulation von dynamischen Quadrangulierungen bzw. die dualen $\phi^4$-Graphen entwickelt werden. Hierzu werden verschiedene Algorithmen und die dazugehörigen Züge vorgeschlagen und hinsichtlich ihrer Ergodizität und Effizienz untersucht. Zum Vergleich mit exakten Ergebnissen werden die Verteilung der Koordinationszahlen bzw. bestimmte Analoga davon konstruiert. Für Simulationen des $F$-Modells auf $\phi^4$-Zufallsgraphen wird ein Ordnungsparameter für den antiferroelektrischen Phasenübergang mit Hilfe einer Plakettenspindarstellung formuliert. Ausführliche "finite-size scaling"-Analysen des Kosterlitz-Thouless-Phasenübergangs des $F$-Modells auf dem Quadratgitter und auf Zufallsgraphen werden vorgestellt und die Positionen der jeweiligen kritischen Punkte sowie die dazugehörigen kritischen Exponenten werden bestimmt. Die Rückreaktion des Vertex-Modells auf die Zufallsgraphen wird in Form der Koordinationszahlverteilung, der Verteilung der "Baby-Universen" und dem daraus resultierenden String-Suszeptibilitäts-Exponenten sowie durch die geometrische Zweipunktfunktion analysiert, die eine Schätzung der intrinsischen Hausdorff-Dimension des gekoppelten Systems liefert. / In this thesis, the coupling of ice-type vertex models to the planar $\phi^4$ random graphs of the dynamical polygonifications approach to quantum gravity is considered. The investigated system has a double significance as a conformal field theory with central charge $C=1$ coupled to two-dimensional Euclidean quantum gravity and as the application of a special type of annealed connectivity disorder to a prototypic model of statistical mechanics. Since the model is analyzed by means of large-scale Monte Carlo simulations, suitable simulation techniques for the case of dynamical quadrangulations and the dual $\phi^4$ random graphs have to be developed. Different algorithms and the associated update moves are proposed and investigated with respect to their ergodicity and performance. For comparison to exact results, the co-ordination number distribution of the dynamical polygonifications model, or certain analogues of it, are constructed. For simulations of the 6-vertex $F$ model on $\phi^4$ random graphs, an order parameter for its anti-ferroelectric phase transitions is constructed in terms of a "plaquette spin" representation. Extensive finite-size scaling analyses of the Kosterlitz-Thouless point of the square-lattice and random graph $F$ models are presented and the locations of the critical points as well as the corresponding critical exponents are determined. The back-reaction of the coupled vertex model on the random graphs is investigated by an analysis of the co-ordination number distribution, the distribution of "baby universes" and the string susceptibility exponent as well as the geometric two-point function, yielding an estimate for the internal Hausdorff dimension of the coupled system.

On considère, en deux dimensions, une version euclidienne discrète de l’action d’Einstein-Hilbert, qui décrit la gravité en l’absence de matière. À l’intégration sur les géométries se substitue une sommation sur des surfaces triangulées aléatoires. Dans la limite physique de faible gravité, seules les triangulations planaires survivent. Leur limite en distribution, la carte brownienne, est une surface fractale continue dont l’importance dans le contexte de la gravité quantique en deux dimensions a été récemment précisée. Cet espace est interprété comme un espace-temps quantique, obtenu comme limite à grande échelle d’un ensemble statistique de surfaces discrètes aléatoires. En deux dimensions, on peut donc étudier les propriétés fractales de la gravité quantique via une approche discrète. Il est bien connu que les généralisations directes en dimensions supérieures échouent à produire des espace-temps quantiques aux propriétés adéquates : en dimension D>2, la limite en distribution des triangulations qui survivent dans la limite de faible gravité est l’arbre continu aléatoire, ou polymères branchés en physique. Si en deux dimensions on parvient aux mêmes conclusions en considérant non pas des triangulations, mais des surfaces discrètes aléatoires obtenues par recollements de 2p-gones, nous savons depuis peu que ce n’est pas toujours le cas en dimension D>2. L’apparition de nouvelles limites continues dans le cadre de théories de gravité impliquant des espaces discrets aléatoires reste une question ouverte. Nous étudions des espaces obtenus par recollements de blocs élémentaires, comme des polytopes à facettes triangulaires. Dans la limite de faible gravité, seuls les espaces qui maximisent la courbure moyenne survivent. Les identifier est cependant une tâche ardue dans le cas général, pour lequel les résultats sont obtenus numériquement. Afin d’obtenir des résultats analytiques, une coloration des (D-1)-cellules, les facettes, a été introduite. En toute dimension paire, on peut trouver des familles d’espaces discrets colorés de courbure moyenne maximale dans la classe d’universalité des arbres – convergeant vers l’arbre continu aléatoire, des cartes planaires – convergeant vers la carte brownienne, ou encore dans la classe de prolifération des bébé-univers. Cependant, ces résultats sont obtenus en raison de la simplicité de blocs élémentaires dont la structure uni ou bidimensionnelle ne rend pas compte de la riche diversité des blocs colorés en dimensions supérieures. Le premier objectif de cette thèse est donc d’établir des outils combinatoires qui permettraient une étude systématique des blocs élémentaires colorés et des espaces discrets qu’ils génèrent. Le principal résultat de ce travail est l’établissement d’une bijection entre ces espaces et des familles de cartes combinatoires, qui préserve l’information sur la courbure locale. Elle permet l’utilisation de résultats sur les surfaces discrètes et ouvre la voie à une étude systématique des espaces discrets en dimensions supérieures à deux. Cette bijection est appliquée à la caractérisation d’un certain nombre de blocs de petites tailles ainsi qu’à une nouvelle famille infinie. Le lien avec les modèles de tenseurs aléatoires est détaillé. Une attention particulière est donnée à la détermination du nombre maximal de (D-2)-cellules et de l’action appropriée du modèle de tenseurs correspondant. Nous montrons comment utiliser la bijection susmentionnée pour identifier les contributions à un tout ordre du développement en 1/N des fonctions à 2n points du modèle SYK coloré, et appliquons ceci à l’énumération des cartes unicellulaires généralisées – les espaces discrets obtenus par recollement d’un unique bloc élémentaire – selon leur courbure moyenne. Pour tout choix de blocs colorés, nous montrons comment réécrire la théorie d’Einstein-Hilbert discrète correspondante comme un modèle de matrices aléatoires avec traces partielles, dit représentation en champs intermédiaires. / In two dimensions, the Euclidean Einstein-Hilbert action, which describes gravity in the absence of matter, can be discretized over random triangulations. In the physical limit of small Newton's constant, only planar triangulations survive. The limit in distribution of planar triangulations - the Brownian map - is a continuum fractal space which importance in the context of two-dimensional quantum gravity has been made more precise over the last years. It is interpreted as a quantum continuum space-time, obtained in the thermodynamical limit from a statistical ensemble of random discrete surfaces. The fractal properties of two-dimensional quantum gravity can therefore be studied from a discrete approach. It is well known that direct higher dimensional generalizations fail to produce appropriate quantum space-times in the continuum limit: the limit in distribution of dimension D>2 triangulations which survive in the limit of small Newton's constant is the continuous random tree, also called branched polymers in physics. However, while in two dimensions, discretizing the Einstein-Hilbert action over random 2p-angulations - discrete surfaces obtained by gluing 2p-gons together - leads to the same conclusions as for triangulations, this is not always the case in higher dimensions, as was discovered recently. Whether new continuum limit arise by considering discrete Einstein-Hilbert theories of more general random discrete spaces in dimension D remains an open question.We study discrete spaces obtained by gluing together elementary building blocks, such as polytopes with triangular facets. Such spaces generalize 2p-angulations in higher dimensions. In the physical limit of small Newton's constant, only discrete spaces which maximize the mean curvature survive. However, identifying them is a task far too difficult in the general case, for which quantities are estimated throughout numerical computations. In order to obtain analytical results, a coloring of (D-1)-cells has been introduced. In any even dimension, we can find families of colored discrete spaces of maximal mean curvature in the universality classes of trees - converging towards the continuous random tree, of planar maps - converging towards the Brownian map, or of proliferating baby universes. However, it is the simple structure of the corresponding building blocks which makes it possible to obtain these results: it is similar to that of one or two dimensional objects and does not render the rich diversity of colored building blocks in dimensions three and higher.This work therefore aims at providing combinatorial tools which would enable a systematic study of the building blocks and of the colored discrete spaces they generate. The main result of this thesis is the derivation of a bijection between colored discrete spaces and colored combinatorial maps, which preserves the information on the local curvature. It makes it possible to use results from combinatorial maps and paves the way to a systematical study of higher dimensional colored discrete spaces. As an application, a number of blocks of small sizes are analyzed, as well as a new infinite family of building blocks. The relation to random tensor models is detailed. Emphasis is given to finding the lowest bound on the number of (D-2)-cells, which is equivalent to determining the correct scaling for the corresponding tensor model. We explain how the bijection can be used to identify the graphs contributing at any given order of the 1/N expansion of the 2n-point functions of the colored SYK model, and apply this to the enumeration of generalized unicellular maps - discrete spaces obtained from a single building block - according to their mean curvature. For any choice of colored building blocks, we show how to rewrite the corresponding discrete Einstein-Hilbert theory as a random matrix model with partial traces, the so-called intermediate field representation.