Cette thèse concerne deux sujets différents: une étude d'une classe de modèles matriciels qui sont pertinents pour l'holographie, et le calcul d'observables dans une théorie superconforme N = 2 grâce à la technique de la localisation supersymétrique. Le premier sujet traite de modèles matriciels avec symétrie U(N)xO(D) qui ont été introduits récemment. Dans ces modèles, appelés modèles de matrices-vecteurs, il a été montré qu'il est possible de définir une limite de grand D qui conduit à un développement en diagrammes planaires resommable. De plus, ils contiennent des champs et des symétries inspirés de la théorie des cordes et il a été montré qu'un de ces modèles présente les mêmes propriétés physiques que le modèle SYK, dont la connexion avec l'holographie est bien connue. Dans cettethèse, l'étude de ces modèles matriciels est étendue en considérant plusieurs généralisations de la littérature existante. L'étude de modèles avec des termes d'interaction multi-traces et avec une symétrie réduite, et le calcul des observables multi-traces, sont considerés. De plus, plusieurs problèmes concernant la construction de modèles sont pris en considération. Enfin, une analyse approfondie des modèles de matrices-vecteurs fermioniques avec des termes d'interaction quartique est effectuée. Dans le cadre de la localisation supersymétrique, la seconde partie de la thèse se concentre sur le calcul des observables dans la QCD superconforme N = 2 (SCQCD) en 4 dimensions avec symétrie de jauge SU(N). Pour commencer, les résultats connus concernant le calcul de corrélateurs d'opérateurs chiraux et les valeurs moyennes de boucles de Wilson circulaires en utilisant la technique de la localisation supersymétrique sont présentés. La contribution originale de cette partie concerne le calcul de corrélateurs entre opérateurs chiraux et boucles de Wilson circulaires. Le calcul est organisé comme suit: d'abord, les observables sont calculées à travers le modèle matriciel résultant de la procédure de localisation. Ensuite, les résultats du modèle matriciel sont testés par rapport au calcul utilisant la théorie quntique des champs perturbative. Ce calcul esteffectué en prenant la différence entre l'observable calculée dans N = 2 SCQCD et la même observable calculée dans N = 4 super Yang-Mills. Ceci réduit considérablement le nombre de diagrammes de Feynman qui contribuent au corrélateur, ce qui permet d'effectuer des contrôles perturbatifs jusqu'à deux boucles. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans cette thèse, nous étudions la structure asymptotique de la gravité à trois dimensions d’espace-temps avec et sans constante cosmologique.La première partie de la thèse présente en détails les propriétés fondamentales de la gravité à trois dimensions pour des espaces à constante cosmologique négative, ou espaces de types Anti-de Sitter (AdS). Nous introduisons le formalisme de Chern-Simons pour la gravité en utilisant la formulation dite du premier ordre pour cette dernière. Nous présentons également les conditions aux bords dites de Brown-Henneaux et le calcul associé de l’algèbre des charges de surface. Enfin, nous décrivons les étapes de la réduction du modèle de Chern-Simons à un modèle de Wess-Zumino-Witten puis à celui d’une théorie de Liouville. La relevance de cette théorie dans le calcul microscopique de l’entropie d’un trou noir à trois dimensions est également discutée.La seconde partie de la thèse contient les contributions originales. Tout d’abord, nous étendons l’analyse de la dynamique asymptotique de la supergravité à trois dimensions au cas d’une constante cosmologique nulle. Nous montrons que l’algèbre des charges de surface associée est une extension supersymétrique de l’algèbre BMS, et construisons la théorie bidimensionnelle située au bord de l’espace-temps qui possède cette symétrie. Le second résultat est l’obtention d’une symétrie de dimension infinie au voisinage de l’horizon d’événements d’un trou noir tridimensionnel non extrême. Troisièmement, nous discutions le cas d’une constante cosmologique positive et montrons l’existence d’une théorie de Liouville euclidienne duale à la gravité d’Einstein avec des conditions aux bords de Dirichlet dans le patch statique. Enfin, nous explorons un autre cadre dans lequel des symétries de dimension infinie apparaissent pour des espaces temps qui non sont pas du type Anti-de Sitter. Nous considérons pour cela des déformations de ces derniers, connus sous le nom d’espaces-temps Warped Anti-de Sitter. Nous montrons que ces déformations admettent une algèbre de surface donnée par une somme semi-direct entre une algèbre de Virasoro et une algèbre affine de Kac-Moody, avec extensions centrales non nulles. Nous montrons que les configurations du trou noir hôte des espaces-temps Warped s’organisent en termes de deux algèbres de Virasoro. Nous identifions les générateurs associés qui décrivent les représentations de la théorie duale et, en appliquant une formule de Cardy, nous prouvons qu’un calcul microscopique reproduit correctement l’entropie de ces trous noirs. Nous étendons ce résultat à des conditions aux bords plus générales qui incluent de nouvelles solutions associés à des degrés de liberté locaux, des gravitons massifs contenus dans le volume d’espace-temps. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse se concentre sur des aspects de dualités holographiques reliant une théorie gravitationnelle en trois dimensions à une théorie des champs sur le bord de cette espace, c'est-à-dire en dimensions deux. Dans le premier chapitre, nous passons en revue diverses méthodes, utilisées tout au long de la thèse, pour calculer des quantités conservées en théorie de jauge et plus particulièrement en gravitation. Ensuite, dans le deuxième chapitre, nous rappelons le cas d'école des espaces-temps localement anti-de Sitter (AdS) à trois dimensions et de leur théorie duale, les théories des champs conformes en deux dimensions. Les chapitres trois et quatre sont dédiés à la présentation d'espaces-temps non-AdS considérés dans cette thèse et de la dualité dans laquelle ils sont impliqués. Le premier s'intéresse aux espace-temps warped AdS, qui peuvent être vus comme une déformation d'AdS. Leur théorie des champs duale serait une théorie des champs conforme warped. Le second se concentre sur des solutions cosmologiques, localement plates, qui seraient duales à des théories des champs invariantes sous le groupe BMS$_3$ (groupe de symétrie des espaces asymptotiquement plats). Dans le chapitre cinq, nous révisons des notions de thermodynamique que nous utiliserons pour discuter des transitions de phase entre deux géométries appartenant au même espace des phases. Par exemple, entre l'espaces-temps AdS thermique et le trou noir localement AdS. La partie originale de la thèse traite d'abord des solutions maximalement symétriques dans n'importe quelle théorie invariante sous difféomorphisme. Nous prouvons que le calcul d'entropie gravitationnel est reproduit par le comptage asymptotique d'états dans la théorie duale. Ce travail est étendu au cas des espaces-temps warped. Nous montrons également que leur entropie du bulk et du bord sont en correspondance et ce pour toutes théories de gravitation. Ceci constitue une vérification non triviale des correspondances holographiques. Nous étudions aussi leurs transitions de phase. Finalement, nous posons les premières pierres d'une nouvelle correspondance holographique, impliquant une corde noire, en trouvant un ensemble de conditions au bord cohérent. Nous discutons également la thermodynamique des cordes noires. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

This thesis is devoted to various questions connected with duality. It is composed of two parts.The first part discusses some aspects of timelike T-duality. We explore the possibility of compactification of supergravity theories with various signatures(low energy limit of M-theories which are dual under timelike T-dualities) on parallelizable internal seven dimensional (pseudo-)spheres. We show that, beside the standard theory, only one of the dual theories known as M'-theory can admit such a solution. The effective four dimensional theory is non-supersymmetric and due to the presence of torsion the symmetry of seven dimensional (pseudo-)sphere breaks down to Spin(3, 4). In the second part, in an attempt to have a systematic discussion of gaugings in supergravity, we show the isomorphism between the space of local deformations of the appropriate zero coupling limit of the embedding tensor Lagrangian and that of the second-order scalar-vector Lagrangian, describing the bosonic sector of supergravity ignoring gravity, in a chosen duality frame determined by embedding tensors. We analyze the BV-BRST deformation of a class of scalar-vector coupled Lagrangians, which contains supergravity Lagrangians as examples, and find a set of constraints that guarantee the consistency of the deformations of the Lagrangians. We show in principle that for a large class of theories considered in this thesis, the only deformations are those of the Yang-Mills type associated with a subgroup of the rigid symmetries. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

This thesis deals with two classes of space-time symmetries: emergent symmetries in the near-horizon region of rapidly rotating Kerr black holes and residual gauge symmetries. The main aim of the thesis is to investigate consequences and effects of these symmetries on black holes and gravitational radiation. The first class of symmetries is exploited to address questions of astrophysical relevance for force-free magnetospheres, thin accretion discs, and strong magnetic fields around Kerr black holes. We investigate how the dynamics of electromagnetic and matter fields is constrained by global conformal symmetries of the near-horizon geometry. In the context of force-free electrodynamics, we find exact solutions and classify them according to the highest weight representation of the isometry group. We introduce novel criteria to distinguish physical solutions and deduce bounds on conformal weights of electromagnetic fields. For thin accretion discs, within the Novikov-Thorne model, new properties arise in the high spin regime of the Kerr black hole. We find a novel self-similar solution and we explain the critical behaviour of the observables by symmetry arguments. Afterwards, we study an exact analytic solution to the Einstein-Maxwell theory. It describes a black hole immersed in a strong magnetic field and it shares the same near-horizon geometry of extreme Kerr black holes. We compute its total conserved mass by means of the covariant phase space formalism and study its thermodynamics. The second class of symmetries is considered in order to provide a new definition of gravitational multipole moments by means of Noether charges and by adopting the covariant phase space formalism. We show that such a definition in terms of Noether charges reproduces multipole moments in General Relativity. We propose to apply it to an arbitrary generally covariant metric theory of gravity. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The present thesis is divided into two parts. Part I is devoted to the study of Gribov ambiguity in gauge systems and its relation with the appearance of degeneracies in the symplectic structure of the corresponding reduced phase space after gauge fixation. Part II is concerned with classical dual field theories for three-dimensional Einstein gravity and the symplectic structure on coadjoint orbits of the corresponding asymptotic symmetry group.In Part I, the Gribov problem is studied in the context of finite temperature QCD and the structure of the gluon propagator is analyzed. The standard confined scenario is found for low temperatures, while for high enough temperatures deconfinement takes place and a free gluon propagator is obtained. Subsequently, the relation between Gribov ambiguity and degeneracies in the symplectic structure of gauge systems is analyzed. It is shown that, in finite-dimensional systems, the presence of Gribov ambiguities in regular constrained systems always leads to a degenerate symplectic form upon Dirac reduction. The implications for the Gribov-Zwanziger approach to QCD and the symplectic structure of the theory are discussed. In Part II, geometrical actions for three-dimensional Einstein gravity are constructed by studying the symplectic structure on coadjoint orbits of the asymptotic symmetry group. The geometrical action coming from the Kirillov-Kostant symplectic form on coadjoint orbits is analyzed thought Dirac's algorithm for constrained systems. By studying the case of centrally extended groups and semi-direct products, the symplectic structure on coadjoint orbits of the Virasoro and the BMS3 group are analyzed. This allows one to associate separate geometric actions to each coadjoint orbit of the solution space, leading to two-dimensional dual fiel theories for asymptotically AdS and asymptotically flat three-dimensional gravity respectively. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

In this thesis various holographic models are treated, which describe theories of fields where an internal symmetry is broken, either in relativistic contexts, or in case of violation of the Lorentz invariance.The first chapter opens with the revision of the notion of symmetry breaking in pure relativistic field theory. The case of spontaneous breaking and the Goldstone theorem are discussed, as well as the case of explicit breaking, where precise Ward identities between conserved current correlators and scalar operators loaded under such current are derived in a completely general way.We then consider two examples of non-relativistic field theories, which will be reproduced by holographic models: a model in which the invariance of boosts is broken by the presence of a chemical potential, and a model of Lifshitz's invariant theory. We show the non-relativistic realization of Ward's identities for the symmetry breaking.In the second chapter we briefly introduce the correspondence gravitation / gauge theory and we revise the central tool of this thesis, the holographic renormalization.In the third chapter, we show how to generate field theories with symmetry breaking by coupling a scalar field to a gauge field, and holographically deriving the Ward identities predicted by the field theory arguments, first in the Relativistic case. We also obtain an analytic expression for the scalar two-point function, where we know how to find the massless boson of Goldstone and the mass of linear mass in the explicit breaking parameter Of the Goldstone pseudo-boson, respectively in the purely spontaneous case and in the case of an explicit small break.We also consider the two-dimensional case on the edge, where we find that Coleman's theorem is eluded in the wide limit of $ N $, and Ward's identities are not affected.For non-relativistic cases, we first consider a non-abelian model in which the Lorentz invariance is broken: this situation makes it possible to observe so-called ~ B bosons which exhibit a quadratic dispersion relation and do not respect Not the law of a single Goldstone mode for each broken generator.Finally, we study in detail the holographic renormalization and the two-point functions for a conserved current and various scalar operators in a space-time of Lifshitz. We also find the Ward identities of symmetry breaking in their non-relativistic realization. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

This thesis is devoted to the study of orientifolds and dynamical supersymmetry breaking in configurations of D-branes on toric Calabi-Yau singularities, through the lens of dimer models. We first review the basic ingredients of string theory that led to the formulation of gauge/gravity dualities in terms of dimers. Then, we discuss the non-abelian anomaly cancellation conditions for the supersymmetric gauge theories arising on D-branes and provide necessary geometric criteria to determine whether an orientifold projection can be safely introduced. We also find a new realization of orientifold projection without fixed loci in dimer models and expand on its physical features. We argue that it exhausts the possibilities of orientifolding dimer models. In the subsequent part of the thesis, we investigate dynamical supersymmetry breaking vacua in the same class of models and their typical instability along N=2 Coulomb branches. This leads us to formulate a no-go theorem against their stability based on geometrical features of the singularity, and then to establish a precise way to circumvent it. We eventually find the first instance of stable dynamical supersymmetry breaking vacuum in string theory from D-branes on a toric Calabi-Yau singularity, the Octagon. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Prédiction théorique des structures localisées à une et à deux dimensions dans des cavité passives soumis à une injection optique. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

This thesis is devoted to the group-theoretic aspects of three-dimensional quantum gravity on Anti-de Sitter and Minkowskian backgrounds. In particular we describe the relation between unitary representations of asymptotic symmetry groups and gravitational perturbations around a space-time metric. In the asymptotically flat case this leads to BMS particles, representing standard relativistic particles dressed with gravitational degrees of freedom accounted for by coadjoint orbits of the Virasoro group. Their thermodynamics are described by BMS characters, which coincide with gravitational one-loop partition functions. We also extend these considerations to higher-spin theories and supergravity. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished