The gauge/string correspondence provides a non-perturbative definition of string theory and hence quantum gravity in some backgrounds, making it possible to translate statements about strongly coupled quantum field theories into results about gravity. <p><p>In this thesis, we focus on the derivation of holographic backgrounds from the field theory, without using any supergravity input. Instead, we rely crucially on the addition of probe D-branes to the stack of D-branes generating the background.<p>From the field theory description of the probe branes in the presence of the background branes, one can compute an effective action for the probes (in a suitable low-energy/near-horizon limit) by integrating out the background branes. Comparing this action with the D-brane probe action in a generic supergravity background then allows to determine the holographic background dual to the considered field theory vacuum.<p><p>In the first part, the required pre-requisites of field and string theory are recalled and this strategy to derive holographic backgrounds is explained in more detail on the basic case of D3-branes in flat space probed by a small number of D-instantons.<p><p>The second part contains the original results of this thesis, obtained by applying this strategy to several specific examples. We first derive the duals to three continuous deformations (Coulomb branch, β and non-commutative deformations) of the basic case, in the limit in which the D-instantons can probe the full geometry. We then derive the enhançon mechanism in a dual to a simple N=2 quiver gauge theory by using a fractional D-instanton as a probe and exploiting recent exact results on the Coulomb branch of N=2 quivers.<p>Finally, we obtain the near-horizon D4-brane geometry by probing the D4-branes with a small number of D0-branes.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Une théorie fixé de la gravitation est loin d' être complète. La théorie plus prometteuse parmi ces théories de la gravité dans ce siècle est la relativité générale (RG), qui est toujours rencontre des obstacles par plusieurs problèmes. Les problèmes que nous soulignons dans cette thèse sont les aspects thermodynamiques et la quantification de la gravitation. Les tentatives proposées pour comprendre d'aspect thermodynamique de RG ont déjà été étudiés par la thermodynamique des trous noirs, alors que la théorie de la gravité quantique a déjà eu plusieurs des candidats, l'un d' entre eux était la gravité quantique à boucles (LQG), celui qui est la théorie base de notre travail. La théorie correcte de la gravité quantique devrait offrir une limite classique qui est correcte et consistent , ce qui évidemment , la relativité générale. / A fixed theory of gravity is far from being complete. The most promising theory of gravity in this century is general relativity (GR), which is still plagued by several problems. The problems we highlight in this thesis are the thermodynamical aspects and the quantization of gravity. Attempts to understand the termodynamical aspect of GR have already been studied through the thermodynamics of black holes, while the theory of quantum gravity has already had several candidates, one of them being the canonical loop quantum gravity (LQG), which is the base theory in our work.

Le but de cette thèse est d'étudier lagravité quantique bidimensionnelle. Nousnous intéressons plus particulièrement auxapproches dans le continu. Ces dernièresreposent principalement sur l'action deLiouville qui décrit le couplage entre théorieconforme et gravité. Si cette action, bienconnue, est très bien comprise, la mesure del'intégrale fonctionnelle sur l'espace desmétriques pose plus de problèmes. Toutefois,sous l'hypothèse simplificatrice d'une mesurede champ libre, la dépendance en l'aire de lafonction de partition de la gravité quantiqueen présence de matière conforme a pu êtreétablie. Malgré l'hypothèse assez forte sur lamesure d'intégration, cette formule (diteKPZ), a été confirmée par des calculs issusde méthodes discrètes, et ce dans plusieurscas particuliers. Grâce à une nouvelle méthode derégularisation spectrale en espace courbe,cette mesure d'intégration a récemment puêtre proprement définie. Dans cette thèse,un calcul perturbatif de la fonction departition à aire fixée est mené, jusqu'à troisboucles, en considérant l'action de Liouvilleet des surfaces de Kähler de genrequelconque (qui coïncident avec l'ensembledes surfaces à deux dimensions). Desdivergences apparaissant dans les calculs, ilest nécessaire de renormaliser les actions.Cette renormalisation peut être interprétéecomme une renormalisation de la mesured'intégration. Nos résultats à deux bouclessont finis, indépendants de la régularisationet compatibles avec le résultat KPZ, maisdépendent d'un paramètre libre. L'étude àtrois boucles suggère que la théorie resterenormalisable aux ordres supérieurs maisdépend de nouveaux paramètres à chaqueordre. Ces résultats ont été généralisé dansle cas du tore au couplage à de la matièrenon-conforme. / Nowadays, two-dimensional quantumgravity can be studied in two differentapproaches, one involving discrete theories(triangulation, matrix model...), the othercontinuous ones, mainly based on the socalled Liouville action which universallydescribes the coupling of any conformal fieldtheory to gravity. While the Liouville action isrelatively well understood, the appropriatefunctional integral measure is however rathercomplicated. Nevertheless, a formula for thearea dependence of the quantum gravitypartition function in the presence of conformalmatter has been obtained, under thesimplifying assumption of a free-fieldmeasure. Notwithstanding its non-rigorousderivation, this formula, often referred to asthe KPZ formula, has since been verified inmany instances and has scored manysuccesses. Recent developments of efficient multiloopregularization methods on curved spacetimesopened the way for a precise and welldefinedperturbative computation of the fixedareapartition function in the Kählerformalism. In this work, a first-principlescomputation of the fixed-area partitionfunction in the Liouville theory is performed,up to three loops. Among other things, therole of the non-trivial quantum gravityintegration measure is highlighted.Renormalization is required and may beinterpreted as a renormalization of theintegration measure. This leads to a finite andregularization-independent result at two loops,that is more general than the KPZ result,although compatible. Finiteness andregularization-independence seem alsopossible at three loops. These results aregeneralized to the coupling to non-conformalmatter on the torus.

Des modèles de Gravité Quantique (QG) prédisent une violation de l'invariance de Lorentz (LIV), se manifestant par une dispersion de la lumière dans le vide. Si un tel effet existe, des photons d'énergies différentes émis en même temps par une source distante sont détectés sur Terre à des moments différents. Les émissions transitoires à (très) hautes énergies provenant de sources astrophysiques lointaines, comme les sursauts gamma (GRBs) et les blazars sont utilisées pour contraindre cet effet LIV. Cet ouvrage présente les études menées avec deux télescopes gamma majeurs : H.E.S.S. -- pour lequel une étude de la qualité des données étalonnées a été réalisée -- et Fermi-LAT. Les énergies et les temps d'arrivée de photons individuels ont été utilisés pour contraindre le paramètre de dispersion dans le vide ainsi que l'échelle d'énergie E_QG à laquelle des effets LIV peuvent apparaitre. La méthode de maximum de vraisemblance est décrite, avec une étude détaillée des systématiques. Une modification dans le cas de fond non négligeable est appliquée aux données de l'éruption d'un blazar observé par H.E.S.S. : les limites obtenues sur E_QG sont moins contraignantes que les meilleures limites précédentes, mais elles se trouvent à un redshift non couvert à ce jour. Quatre GRBs observés par Fermi-LAT ont aussi été analysés, en déterminant la courbe de lumière de deux manières : ajustements gaussiens et estimation par densité de noyaux. Les meilleures limites sur E_QG pour le cas linéaire/subluminal sont obtenus avec GRB090510 : E_QG,1 > 7,6 E_Planck. Des limites plus robustes, tenant compte des effets intrinsèques à la source, ont également été produites. / Some Quantum Gravity (QG) theories allow for a violation of Lorentz invariance (LIV), manifesting as a dependence on the velocity of light in vacuum on its energy. If such a dependence exists, then photons of different energies emitted together by a distant source will arrive at the Earth at different times. (Very) high energy transient emissions from distant astrophysical sources such as Gamma-ray Bursts (GRBs) and blazars can be used to search for and constrain LIV. This work presents the studies obtained with two leading Gamma-ray telescopes: H.E.S.S. -- for which a study of the quality of the calibrated data was performed -- and Fermi-LAT. The energies and arrival times of individual photons were used to constrain the vacuum dispersion parameter and the energy scale EQG at which QG effects causing LIV may arise. The maximum likelihood method is described, with detailed studies of the systematics. A modification for a non-negligible background is provided and applied to the data of an AGN flare observed by H.E.S.S.: the obtained limits on the QG energy scale are less constraining than the previous best limits obtained with blazars; yet, the new limits lie a redshift range not covered this far. Four bright and quasi background-free GRBs observed by the Fermi-LAT were also analysed, with two different template light curve determinations -- Gaussian fits and Kernel Density Estimates. The best limits on the E_QG scale for the linear/subluminal case are from the shortest burst, GRB090510: E_QG,1 > 7.6 E_Planck. More robust limits, considering the intrinsic effects possibly occurring at the source, were also derived.

Dans cette thèse, nous nous intéressons par des approches probabilistes à la gravité quantique de Liouville, introduite par Polyakov en 1981 sous la forme d'une intégrale de chemin sur les surfaces 2d. Pour définir cette intégrale de chemin avec interaction exponentielle, nous partons du chaos multiplicatif Gaussien, l'outil fondamental pour définir l'exponentielle des champs Gaussiens de corrélation logarithmique. Dans un premier temps, nous généralisons la construction de la gravité quantique de Liouville sur la sphère de Riemann à une autre géométrie avec bord, celle du disque unité. La nouveauté de ce travail réalisé en collaboration avec R.Rhodes et V.Vargas, est d'analyser avec soin le terme du bord dans l'intégrale de chemin ainsi que l'interaction entre la mesure du bord et la mesure du disque. Nous établissons rigoureusement les formules de la théorie conforme des champs en physique, telles que la covariance conforme, la formule KPZ, l'anomalie de Weyl ainsi que la borne de Seiberg. Une borne de Seiberg relaxée dans le cas de la gravité de Liouville à volume total fixé sur le disque est aussi formulée et étudiée. Dans la seconde moitié de cette thèse, nous comparons cette construction à la Polyakov avec une autre approche de la gravité quantique de Liouville. En collaboration avec deux autres jeunes chercheurs J.Aru et X.Sun, nous fournissons une correspondance entre ces deux approches dans un cas simple et important, celui de la sphère de Riemann avec trois points marqués. En mélangeant les techniques de ces deux approches, nous fournissons une nouvelle procédure d'approximation qui permet de relier ces deux différentes approches. / In this thesis, we study the theory of Liouville Quantum Gravity via probabilist approach, introduced in the seminal paper of Polyakov in 1981, using path integral formalism on 2d surfaces. To define this path integral with exponential interaction, we started from the theory of Gaussian Multiplicative Chaos in order to define exponential of log-correlated Gaussian fields. In the first part, we generalise the construction of Liouville Quantum Gravity on the Riemann sphere to another geometry, the one of the unit disk. The novelty of this work, in collaboration with R.Rhodes and V.Vargas, is to analyse carefully the boundary term in the path integral formalism and its interaction with the bulk measure. We establish rigorously formulae from Conformal Field Theory in Physics, such as conformal covariance, KPZ relation, conformal anomaly and Seiberg bounds. A relaxed Seiberg bound in the unit volume case of Liouville Quantum Gravity on the disk is also announced and studied. In the second part of this thesis, we compare this construction in the spirit of Polyakov to another approach to the Liouville Quantum Gravity. In collaboration with two other young researchers, J.Aru and X.Sun, we give a correspondance between these two approaches in a simple but conceptually important case, namely the one on the Riemann sphere with three marked points. Using technics coming from these two approches, we give a new way of regularisation procedure that eventually allow us to link these two pictures.

Cette thèse explore divers aspects des cartes aléatoires par l'étude de trois modèles. Dans un premier temps, nous examinons les propriétés d’une mesure définie sur l’ensemble des triangulations de Delaunay planaires comportant n sommets, qui est un modèle de cartes où les arêtes sont décorées par des angles. Nous montrons ainsi que la mesure est égale à la mesure de Weil-Petersson sur l’espace des modules des surfaces de Riemann planaires marquées. Sont aussi montrées deux propriétés de la mesures, premiers pas d'une étude de la limite continue de ce modèle. Dans un deuxième temps, nous définissons des fonctions de corrélations sur les graphes de Strebel planaires isopérimétriques à n faces, qui sont des cartes métriques trivalentes. Les périmètres des faces sont fixés. Nous recourons au théorème de Kontsevich pour calculer les fonctions de corrélations en termes de nombres d’intersection de classes de Chern sur l’espace des modules des surfaces de Riemann. Pour la fonction à une face marquée, la limite des grandes cartes est examinée via l’approximation du point-selle, pour différents régimes du périmètre de la face marquée, et nous déduisons le régime où le comportement de la fonction de corrélation n’est pas trivial. Les fonctions de corrélations peuvent être calculées de manière systématique par la récurrence topologique. Partant, nous calculons la courbe spectrale de notre modèle, ce qui nous permet de montrer qu’il existe une courbe spectrale critique. Nous déduisons de cette courbe critique que la limite continue des graphes de Strebel isopérimétriques est un modèle minimal de type (3,2), habillé par la théorie de Liouville. Cela correspond bien à la gravité pure. Enfin, nous abordons la question des symétries dans le modèle d’Ising sur cartes aléatoires. Certaines fonctions de corrélations de ce modèle comptent le nombre de cartes bicolores avec des faces marquées, les bords, ayant des conditions aux bords mixtes, calculées par récurrence à partir de la courbe spectrale du modèle. Nous prouvons ici que, pour des courbes spectrales génériques, les fonctions de corrélations des cartes à un bord mixte sont symétriques par rotation et par inversion du bord mixte. Nous décrivons ensuite les conséquences de telles symétries, suggérant une possible reformulation du modèle en termes de chaînes de spins. / This thesis explore several aspects of random maps through the study of three models. First, we examine the properties of a measure defined on the set of planar Delaunay triangulations with n vertices, a model in which the edges of the maps are decorated with angles. We show that the measure is the Weil-Petersson volume form on the moduli space of planar Riemann surfaces having n marked points. Two other properties, first steps toward the continuous limit study of the model, are also shown. Second, we define correlation functions on isoperimetric planar Strebel graphs with n faces, which are trivalent maps whose edges are decorated by positive lengths, and whose faces have a fixed perimeter. Kontsevich's theorem allows us to compute the correlation functions in terms of the intersection numbers of Chern classes of moduli space of Riemann surfaces. The continuous limit of the one-point function is computed in different regimes for the perimeter of the marked face via the saddle-point approximation. We identify the regime in which the behaviour of the one-point function is not trivial. The correlation functions can be computed in a systematic way by the Topological Recursion. To do so, we compute the spectral curve of the model, and show that there exists a critical spectral curve. We deduce from the latter that the continuous limit of isoperimetric Strebel graphs is a (3,2) minimal model dressed by Liouville theory: it corresponds to pure gravity. Last, we address the problem of symmetries in the Ising model on random maps. Some correlation functions of this model count the bi-colored maps with marked faces having mixed boundary conditions. They are computed via a recursive formula and the spectral curve of the model. We prove here that the correlation functions of maps with one mixed boundary, computed from the recursive relation with generic spectral curve, are invariant under rotation and inversion of the mixed boundary. We describe the consequences of such symmetries, suggesting a possible reformulation of the model in terms of spin chains.

Un des grand défis de la physique actuelle est la quantification de la gravit é. La théorie d’Einstein est remarquable pour ses prédictions. Malheureusement, elle reste une théorie classique et de ce fait en désaccord avec les progrès actuels en physique des particules qui montrent qu’à faible distance, une théorie physique doit être quantique. Une des pistes pour résoudre ce problème est d’étudier la version classique de la gravité dans l’espoir d’en déduire des propriétés ou même la forme de la théorie quantique.<p><p>Un des outils pour étudier une theorie est la notion de dualité. On dit que deux théories sont duales quand elles décrivent le même système par des moyens différents. La dualité est le dictionnaire permettant de passer d’une description à l’autre. Dans ma thèse, j’ai étudié deux dualités s’appliquant à la gravité en 4 dimensions.<p><p>La première est connue sous le nom de dualité électromagnétique. A l’origine, cette dualité s’applique à l’électromagnétisme où elle échange les rôles du champ & / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ma thèse s'inscrit dans le cadre de l'unification des interactions fondamentales, dans lequel la théorie quantique de la gravitation devrait trouver une formulation cohérente. La piste la plus prometteuse dans cette voie semble être celle de la théorie M dont le groupe de symétrie a été conjecturé être le groupe de Kac-Moody. Diverses indications reliant cette théorie à des algèbres de Kac-Moody de type g++ proviennent de l’étude des théories de la gravitation couplée à des p-formes et des dilatons. En particulier, la dynamique du champs de gravitation à l’approche d’une singularité de type espace est contrôlée par le groupe de Weyl de ces algèbres (et interprétée comme le mouvement d’une particule libre sans masse sur un billard). <p><p>Nous avons étudié la limite BKL dans le contexte des cosmologies homogènes en terme de billard einsteiniens. Notre analyse confirme la restauration du comportement chaotique du champ gravitationnel lorsque la métrique est non – diagonale, en toutes les dimensions D d’espace-temps telles que 4<D<11. Des sous - algèbres infini - dimensionnelles des algèbres g++ apparaissent naturellement dans ce cadre. <p><p>En utilisant les propriétés des billards, nous avons déterminé la dimension maximale ainsi que le contenu en champs des théories de la gravitation qui, en D=3, se réduisent à la gravité couplée à une réalisation non linéaire du quotient G/K où G est un groupe de Lie simple non maximalement déployé et K son sous-groupe compact maximal. <p><p>Les billards peuvent être de volume fini ou infini. Dans ce dernier cas, la dynamique asymptotique du champ de gravitation (et des dilatons) est chaotique. Si le billard est identifiable à la chambre fondamentale de Weyl d’une algèbre de Kac-Moody, le critère pour que la dynamique asymptotique soit chaotique est que l’algèbre de Kac-Moody soit hyperbolique. Nous avons identifié toutes les algèbres hyperboliques résultant d’une théorie de la gravitation couplée à des p-formes et des dilatons. Pour chacune de ces algèbres, nous avons écrit un Lagrangien en dimension maximale. <p><p>On obtient des actions explicitement invariantes sous les groupes de Kac-Moody G++ (ou G+++) en copiant les modèles sigma décrivant un mouvement géodésique sur une variété homogène de type G++/K(G++) où K(G++) est le sous-groupe compact maximal de G++. Le lien entre cette construction et les théories de la gravitation couplée à des p-formes et dilatons n'est pas encore établi mais certaines connexions ont été mises en évidence. <p><p>- Nous avons inclus les fermions dans les actions invariantes sous G++. De plus, nous nous sommes intéressés à vérifier la compatibilité des fermions avec les symétries cachées en D=3. Nous avons étudié le comportement des fermions la limite BKL dans le langage des billards. <p><p>- Dans le cadre des théories invariantes sous G+++, les réflexions de Weyl peuvent s’interpréter comme des dualités entre théorie des cordes. Ces dualités peuvent changer la signature de l’espace-temps en des signatures exotiques ;nous avons obtenu toutes les signatures provenant ainsi d’une signature Lorentzienne. <p> / Doctorat en sciences, Spécialisation physique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans ce manuscrit, nous présentons un mise en place et calcul d'un observable physique dans le cadre de la Gravité Quantique à Boucles covariante, pour un processus physique mettant en jeu la gravité quantique de façon non-perturbatif. Nous considerons la transition d'une région de trou noir à une région de trou blanc, traitée comme une transition de géométrie assimilable à un effet de tunnel gravitationnel. L'observable physique est le temps caractéristique dans lequel ce processus se déroule.Nous commençons par une dérivation formelle de haut--en--bas, allant de l'action de Hilbert-Einstein au ansatz qui définit les amplitudes de l'approche covariante de la GQB. Nous prenons ensuite le chemin de bas--en--haut, aboutissant à l'image d'une intégrale de chemin du type somme-de-géométries qui émerge à la limite semi-classique, et discutons son lien étroite avec une intégrale de chemin basé sur l'action de Regge. En suite, nous expliquons comment construire des paquets d'ondes décrivant des géométries spatiales quantiques, plongées dans un espace-temps quantique de signature Lorentzienne.Nous montrons que lors de la mise en œuvre de ces outils, nous avons une estimation simple des amplitudes décrivant des transitions de géométrie de façon probabiliste. Nous construisons un mise en place basée sur l'espace-temps Haggard-Rovelli, où une approche d'intégrale de chemin peut être appliquée naturellement. Nous procédons à une dérivation d'une expression explicite, analytiquement bien--définie et finie, pour une amplitude de transition décrivant ce processus. Nous utilisons ensuite l'approximation semi-classique pour estimer le temps caractéristique du phénomène. / In this manuscript we present a calculation from covariant Loop Quantum Gravity, of a physical observable in a non-perturbative quantum gravitational physical process. The process regards the transition of a trapped region to an anti--trapped region and is treated as a quantum geometry transition akin to gravitational tunneling. The physical observable is the characteristic timescale in which the process takes place. We start with a top--to--bottom formal derivation of the ansatz defining the amplitudes for covariant LQG, starting from the Hilbert-Einstein action. We then take the bottom--to--top path, starting from the EPRL ansatz, to the sum--over--geometries path integral emerging in the semi-classical limit, and discuss its close relation to the naive path integral over the Regge action. We proceed to the construction of wave--packets describing quantum spacelike three-geometries that include a notion of embedding in a Lorentzian spacetime. We derive a simple estimation for the amplitudes describing geometry transition and show that a probabilistic description for such phenomena emerges, with the probability of the phenomena to take place being in general non-vanishing.The Haggard-Rovelli spacetime, modelling the spacetime surrounding the geometry transition region for a black to white hole process, is formulated. We then use the semi--classical approximation to give a general estimation of amplitudes describing the process. We conclude that the transition is predicted to be allowed by LQG, with a crossing time that is linear in the mass. The probability for the process to take place is suppressed but non-zero.

Dans cette thèse, nous étudions l’implémentation des contraintes de simplicité dans le nouveau modèle de mousses de spin d’Engle-Pereira-Rovelli-Livine, ainsi que les fonctions de corrélation à deux points de ce modèle. Nous définissons d’une manière simple l’espace de Hilbert limite de la théorie, puis montrons directement que toutes les contraintes s’annulent faiblement sur cet espace. Nous observons que la solution générale a cette contrainte (imposée faiblement) dépend d’un nombre quantique, en plus de ceux de la gravitation quantique a boucles. Nous généralisons également cette construction pour la version de Kaminski-Kisielowski-Lewandowski, ou la mousse n’est pas duale à une triangulation. Nous montrons que cette théorie peut aussi être obtenue comme une théorie BF satisfaisant la contrainte de simplicité, cette fois discrétisée sur un 2-complexe cellulaire oriente. Enfin, nous calculons la fonction de corrélation a deux points du modèle de mousses de spin Engle-Pereira-Rovelli-Livine avec la signature lorentzienne, et nous montrons que la fonction a deux points que nous obtenons correspond dans une certaine limite a celle obtenue a partir du calcul de Regge lorentzien. / In this thesis we study the implementation of simplicity constraints that defines the recent Engle-Pereira-Rovelli-Livine spinfoam model and two-point correlation functions of this model. We define in a simple way the boundary Hilbert space of the theory; then show directly that all constraints vanish on this space in a weak sense. We point out that the general solution to this constraint (imposed weakly) depends on a quantum number in addition to those of loop quantum gravity. We also generalize this construction to Kami´nski-Kisielowski-Lewandowski version where the foam is not dual to a triangulation. We show that this theory can still be obtained as a constrained BF theory satisfying the simplicity constraint, now discretized on a general oriented 2-cell complex. Finally, we calculate the twopoint correlation function of the Engle-Pereira-Rovelli-Livine spinfoam model in the Lorentzian signature, and show the two-point function we obtain exactly matches the one obtained from Lorentzian Regge calculus in some limit.