Les modèles de tenseurs sont des mesures de probabilité sur des espaces de tenseurs aléatoires. Ils généralisent les modèles de matrices et furent développés pour l’étude de la géométrie aléatoire en dimension arbitraire. De plus, ils sont fortement liés aux théories de gravité quantique car, en plus des modèles standards très simples, ils incluent les théories de champs sur groupes, qui constituent l’approche « intégrale fonctionnelle » de la gravité quantique à boucle. Dans cette thèse, nous étudions le cas restreint des modèles tensoriels quartiques, pour lesquels un plus grand nombre de résultats mathématiques rigoureux ont pu être démontrés. Grâce à la transformation de champ intermédiaire, les modèles quartiques peuvent être ré-écrits sous forme de modèles de matrices multiples, et leurs développements perturbatifs peuvent être indexés par des cartes combinatoires. En utilisant divers développement en cartes, nous démontrons d’importants résultats d’analycité ainsi que des bornes pour les cumulants du modèle tensoriel standard le plus général et de rang arbitraire, ainsi que du plus simple modèle renormalisable de rang 3. Ensuite, nous introduisons une nouvelle famille de modèles, les modèles améliorés, dont le développement perturbatif se comporte de manière nouvelle, différente du comportement « melonique » qui caractérise les modèles tensoriels précédemment étudiés. / Tensor models are probability measures for random tensors. They generalise matrix models and were developed to study random geometry in arbitrary dimension. Moreover, they are strongly connected to quantum gravity theories as, additionally to the standard bare-bones models, they encompass the field theoretical approach to loop quantum gravity known as group field theory.In the present thesis, we focus on the restricted case of quartic tensor models, for which a far greater number of rigorous mathematical results have been proven. Quartic models can be re-written as multi-matrix models using the intermediate field representation, and their perturbative expansions can be written as series expansions over combinatorial maps. Using a variety of map expansions, we prove analyticity results and useful bounds for the cumulants of various tensor models : the most general standard quartic model at any rank and the simplest renormalisable tensor field theory at rank 3. Then, we introduce a new class of models, the enhanced models, which perturbative expansions display new behaviour, different to the so called melonic behaviour that characterise most known tensor models so far.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第21567号 / 理博第4474号 / 新制||理||1642(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)教授 高柳 匡, 教授 青木 慎也, 教授 田中 貴浩 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

De nombreuses approches à la gravité quantique suggèrent que la description usuelle de l’espace-temps ne serait pas adaptée à la description des phénomènes physiques impliquant à la fois des processus gravitationnels et quantiques. Une meilleure description pourrait consister à munir l’espace-temps d’une structure non-commutative en remplaçant les coordonnées locales sur la variété par des opérateurs ne commutant pas deux-à-deux. Il s’ensuit que le comportement des théories de champs construites sur de tels espaces diffère en général de celui des théories de champs ordinaires. L’étude de ces possibles nouvelles propriétés est l’objet de la théorie non-commutative des champs (TNCC) dont nous étudions certains des aspects.Dans le présent mémoire, nous considérons deux familles d’espaces quantiques dont l’algèbres de coordonnées admet une structure d’algèbre de Lie. La première famille est caractérisée par l’algèbre su(2) et apparait dans le cadre de modèle de gravité quantique en 3 dimensions, ainsi que dans certains modèles de « brane » et de « group field theory ». La seconde famille d’espaces quantiques est connue sous le nom de kappa-Minkowski. L’intérêt de cet espace réside dans le fait qu’il est défini comme l’espace homogène associé à l’algèbre de Hopf de kappa-Poincaré. Cette dernière définit une déformation, à l’échelle de Planck, de l’algèbre de Poincaré et s’avère être étroitement liée à certains modèles de gravité quantique.Afin d’étudier les TNCC, il est commode de représenter l’espace quantique comme une algèbre non-commutative de fonctions munie d’un produit déformé appelé « star-product ». Une façon canonique de construire un tel produit consiste à se servir d’outils d’analyse harmonique et à adapter le schéma de quantification de Weyl (originellement introduit dans le cadre de la mécanique quantique) à l’algèbre considérée. Les expressions de star-product associé aux espaces susmentionnés sont dérivées de manière explicite. Nous montrons en particulier que des familles de star-product inéquivalents peuvent être classifiées par des considérations cohomologiques. Nous étudions enfin les propriétés quantiques de différents modèles de TNCC scalaire quartique construits à l’aide de ces star-product. Dans le cas où l’espace quantique est caractérisé par l’algèbre su(2), nous trouvons que la fonction 2-point est fini à l’ordre une boucle, le paramètre de déformation jouant le rôle d’une coupure ultraviolette et infrarouge. Dans le cas de kappa-Minkowski, nous insistons sur l’invariance sous kappa-Poincaré de l’action fonctionnelle et montrons que certains modèles de TNCC scalaire quartique divergent moins que dans le cas commutatif. Par ailleurs, la fonction 4-point est trouvée finie à l’ordre une boucle. Nos résultats, ainsi que leurs conséquences, sont finalement discutés. / As many theoretical studies point out, the classical description of spacetime, as a continuum, might be no longer adequate to reconcile gravity with quantum mechanics at very high energy (the relevant energy scale being often regarded as the Planck scale). Instead, a more appropriate description could be provided by the data of a noncommutative algebra of coordinate operators replacing the usual commutative local coordinates on smooth manifold. Once the noncommutative nature of spacetime is assumed, it is to expect that the (classical and quantum) properties of field theories on noncommutative background differ from the ones of field theories on classical background. This is the aim of Non-Commutative Field Theory (NCFT) to explore and study these new properties.In the present dissertation, we consider two families of quantum spacetimes of Lie algebra type noncommutativity. The first family is characterised by su(2) noncommutativity and appears in the description of some models of quantum gravity in 3-dimensions. The other family of quantum spacetimes is known in the physics literature as the 4-d kappa-Minkowski space. The importance of this quantum spacetime lies into the fact that its symmetries are provided by the (quantum) kappa-Poincaré algebra (a deformation of the classical Poincaré algebra) together with the fact that the deformation parameter 'kappa', which is of mass dimension, provides a natural energy scale at which the quantum gravity effects may be relevant (and is often regarded as being related to the Planck scale). For these reasons, the kappa-Minkowski space appears as a good candidate for a spacetime to be involved in the description of Doubly Special Relativity and Relative Locality models.To study NCFT it is often convenient to introduce a star product characterising the (noncommutative) C*-algebra of fields modelling the quantum spacetime under consideration. We emphasise that a canonical star product can be obtained by using the group algebraic structures underlying the construction of such Lie algebra type quantum spaces, namely by making use of harmonic analysis on the corresponding Lie group together with the Weyl quantisation scheme. The explicit derivation of such star product for kappa-Minkowski is given. In addition, we show that su(2) Lie algebras of coordinate operators related to quantum spaces with su(2) noncommutativity can be conveniently represented by SO(3)-equivariant poly-differential involutive representations and show that the quantized plane waves obtained from the quantization map action on the usual exponential functions are determined by polar decomposition of operators combined with constraint stemming from the Wigner theorem for SU(2). We finally indicate a convenient way to extend this construction to other semi-simple but non simply connected Lie groups by making use of results from group cohomology with value in an abelian group that would replace the constraints stemming from the simple Wigner theorem.Then, we investigate the quantum properties of various models of interacting scalar field theory on noncommutative background making use of the aforementioned star product formalism to construct physically reasonable expressions for the action functional. Considering quantum spacetime with su(2) noncommutativity, we find that the one-loop 2-point function for complex scalar field theories with quartic interactions is finite, the deformation parameter playing the role of a natural UV cut-off. Special attention is paid to the derivation of the one-loop corrections to both the 2-point and 4-point functions for various models of kappa-Poincaré invariant scalar field theory with quartic interactions. In that case, we show that for some models the 2-point function divergences linearly thus slightly milder than their commutative counterpart, while the one-loop 4-point function is shown to be finite. The results we obtained together with their consequences are finally discussed.

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

In this Thesis, we propose to analyze three different aspects of Fundamental Physics.The first part is devoted to the detailed study of what is called "unconventional supersymmetry" in three and four dimensions for Abelian and non-Abelian internal groups. We show the dynamical content of the odd-dimensional theory, counting at the same time the local degrees of freedom for some particular sectors of the phase space. In the non-Abelian three-dimensional case, some black hole solutions are presented, including their Killing spinors. In four dimensions, the supersymmetry is broken explicitly and a standard Dirac Lagrangian coupled with the electromagnetic field and the background geometry is obtained.In the second part, the dynamical content for the free and gauge coupled massless Rarita-Schwinger theory is presented. We are able to do that through the Dirac's Hamiltonian formalism and the Faddeev-Jackiw method, showing at the same time the symmetries of the theory. It is shown that in the gauge extended theory, which includes extra fermionic fields to restore the fermionic symmetries of the free case, the anticommutator of the Rarita-Schwinger field in the canonical quantization is not positive definite in general.As the graphene has been proposed as an on ``table-top laboratory" for some Quantum Gravity scenarios, in the third part of this Thesis we clarify some subtle features of strained graphene in order to manage properly this material. We show particularly that the pseudo-magnetic field induced by the in-plane strain tensor field cannot emerge from a Quantum Field Theory in curved spacetime approach (bottom-up approach) but from the detailed analysis of the tight-binding Hamiltonian of pi electrons in graphene (top-down approach) instead. / Dans cette Thèse, nous nous proposons d'analyser trois aspects différents de la Physique Fondamentale.La première partie est consacrée à l'éude détaillée de ce qu'on appelle "supersymétrie non conventionnelle" à trois et quatre dimensions pour des groupes internes abéliens et non abéliens. Nous montrons le contenu dynamique de la théorie de la dimension impaire, comptant en même temps les degrés de liberté locaux pour certains secteurs particuliers de l'espace des phases. Dans le cas tridimensionnel non-abélien, certaines solutions de trous noirs sont présentées, y compris leurs spinors de Killing. En quatre dimensions, la supersymétrie est brisée explicitement et un Lagrangien de Dirac standard couplé à l'électromagnétisme et à la géométrie d'arriére-plan est obtenu.Dans la deuxième partie, le contenu dynamique de la théorie de Rarita-Schwinger libre et couplée à un champ de jauge sans masse est présenté. Nous sommes en mesure de le faire par le formalisme Hamiltonien de Dirac et la méthode dite de Faddeev-Jackiw, en montrant en même temps les symétries de la théorie. Il est démontré que dans la théorie étendue de jauge, qui comprend des champs fermioniques supplémentaires pour restaurer les symétries fermioniques du cas libre, l'anticommutator du champ Rarita-Schwinger dans la quantification canonique n'est pas définiti positif en général.Comme le graphène a été proposé comme un "laboratoire de table" pour certains scénarios de gravité quantique, dans la troisième partie de cette Thèse, nous clarifions certaines caractéristiques subtiles du graphène sous tension afin de gérer correctement ce matériel. Nous montrons en particulier que le champ pseudo-magnétique induit par le champ tensoriel de déformation dans le plan ne peut pas émerger d'une théorie de champ quantique dans un espace courbe (approche bottom-up), mais bien à partir de l'analyse détaillée de l'Hamiltonien tight-binding des pi électrons dans le graphène (approche top-down). / En esta Tesis se propone analizar tres aspectos diferentes de la Física Fundamental.La primera parte está dedicada al estudio detallado de lo que ha pasado a llamarse "supersimetría no convencional" en tres y cuatro dimensiones para grupos internos abelianos y no abelianos. Se muestra el contenido dinámico en dimensiones impares de la teoría, contando al mismo tiempo los grados de libertad locales para ciertos sectores del espacio de fases. En el caso tridimensional no abeliano, se presentan algunas soluciones de agujeros negros, incluyendo sus espinores de Killing. En cuatro dimensiones, la supersimetría está rota explícitamente y se obtiene un lagrangiano estándar de Dirac acoplado con el campo electromagnético y la geometría de fondo.En la segunda parte, se presenta el contenido dinámico de la teoría de Rarita-Schwinger libre y con acoplamiento gauge. Esto se puede hacer a través del formalismo hamiltoniano de Dirac y el método de Faddeev-Jackiw, mostrando al mismo tiempo las simetrías de la teoría. Se observa que en la teoría gauge extendida, la cual incluye campos fermiónicos extra para restaurar la simetría fermiónica del caso libre, el anticonmutador del campo de Rarita-Schwinger no es definido positivo en la cuantización canónica.Ya que el grafeno se ha propuesto como una "mesa de laboratorio" para algunos escenarios de gravedad cuántica, en la tercera parte de esta Tesis se clarifican algunas características sutiles del grafeno extendido con el objetivo de manejar debidamente el material. Se muestra particularmente que el campo seudo-magnético inducido por el campo de tensión planar no puede emerger de una teoría cuántica de campos en espacios curvos (abordaje top-down), sino de un análisis detallado del hamiltoniano tight-binding de los electrones pi en el grafeno (abordaje bottom-up). / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

AN ABSTRACT OF THE DISSERTATION OFDinush Lanka Panditharathna Jayasooriya Arachchilage, forthe Doctor of Philosophy degree in MATHEMATICS, presented on June 22, 2020 at SouthernIllinois University Carbondale.TITLE: SPIN NETWORK EVALUATION AND THE ASYMPTOTIC BEHAVIORMAJOR PROFESSOR: Dr. Jerzy KocikGraphically, a spin network is a trivalent graph with weights on each edge. At anyof the vertices, the sum of all three weights is even and the sum of any two weights isgreater than or equal to the remaining weight. If the spin network has no free ends, thenwe can evaluate the spin network. Here, we propose a method to evaluate some basic spinnetworks using the idea of Stirling triangle.Tangent circles with integer curvatures are a natural source to make a spin network.In particular, there are spin networks corresponding the Apollonian circle packing and theFord circle packing. We obtain the recurrence relations using the Descartes circle theoremand we evaluate the Apollonian spin network and the Ford circle spin network. We alsodiscuss the asymptotic behavior of the Ford circle spin network.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第19495号 / 理博第4155号 / 新制||理||1597(附属図書館) / 32531 / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)准教授 福間 將文, 教授 川合 光, 教授 田中 貴浩 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DGAM

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第20899号 / 理博第4351号 / 新制||理||1624(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)准教授 福間 將文, 教授 川合 光, 教授 青木 慎也 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

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京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第24403号 / 理博第4902号 / 新制||理||1700(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)教授 高柳 匡, 教授 杉本 茂樹, 教授 橋本 幸士 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM