Orientador: Marcelo Batista Hott / Banca: Denis Dalmazi / Banca: Fabrício Augusto Barone Rangel / Resumo: Nesta dissertação analisamos modelos não-lineares envolvendo campos escalares em d + 1 dimensões do espaço-tempo. Damos ênfase 'a questão da estabilidade das soluções clássicas de alguns modelos não-lineares que envolvem interação de dois campos escalares em 1 + 1 dimensões , onde mostramos nossa discordância com os argumentos de estabilidade desenvolvidos por Boya e Casahorran, e Bazeia et al., particularmente no que diz respeito ao desacoplamento das equações para as flutuações dos campos escalares. Revisamos a proposta de Bazeia et al. para eludir o argumento de Derrick. Observamos que a hamiltoniana de estabilidade expressa em d dimensões espaciais não pode ser fatorada como o produto de dois operadores adjuntos um do outro, portanto não podemos garantir que o operador hamiltoniano seja positivo definido. Por último construímos modelos efetivos de um campo escalar acoplado 'a gravidade em (4,1) dimensões do espaço. Estes modelos efetivos podem ser aplicados para o caso de cenários cosmológicos, onde o universo é tratado como imerso em uma parede de domínio em uma dimensão extra. O estudo das soluções destes modelos possui uma grande importância para a construção de cenários cosmologicos e melhor entendimento de nosso universo, como por exemplo a formação de branas espessas e a separação de branas. / Abstract: In this dissertation we analyze nonlinear models involving scalars fields in d+1 spacetime dimensions. We put emphasis on the question of the stability of classical solutions of some models, where we show our disagreement with the arguments of stability developed by Boya and Casahorran and Bazeia et al.; particularly on the decoupling of the differential equations for the fluctuations of the scalars fields. We review the proposal of Bazeia et al. to circumvent the Derrick argument. In our analysis we observe that the Hamiltonian associated to the stability of the systems in d space dimensions can not be factorized as the product of two operators which are adjoint of each other, therefore the positiveness of the Hamiltonian operator is not guaranteed. Finally we build effective models with a scalar field coupled to gravity in (4.1) dimensions of the space-time. Those models, the effective model can be applied to cosmological scenarios, where our universe is taken as imbeded in a domain wall in an extra dimension. The study of the solutions of those models has a great importance for the construction of cosmological scenarios and for the better understanding of our universe, for example, the formation of thick branes and the separation of branes. / Mestre

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A cosmologia inflacionária descreve uma fase durante a qual o nosso universo passou por expansão acelerada em um curto período de tempo a escalas de altas energias. A inflação soluciona os problemas deixados pelo modelo cosmológico da Grande Explosão, tais como os problemas de planura e do horizonte. Nesta fase, o nosso universo era governado por um potencial V(Ø) gerado por um campo escalar inflaton, Ø(t). este potencial deve obedecer às condições de rolagem lenta dadas por {, |n|} 1, onde e n são os parâmetros de rolagem lenta. A cosmologia de branas inspira-se na teoria de cordas descrevendo modelos cosmológicos com dimensões extras. Sua grande ascensão aconteceu com a publicação de dois trabalhos de Randall e Sundrum na década de 90. Estes dois modelos consideram um espaço-tempo AdS5 no qual está inserido uma hipersuperfície 3-dimensional chamada 3-brana (nosso universo). As partículas e forças do modelo padrão estão confinadas nesta 3-brana enquanto o gráviton pode viajar por todo o espaço-tempo. O modelo RS-I considera duas 3-branas que delimitam a dimensão extra enquanto o modelo RS-II considera uma única 3-brana e o tamanho da dimensão extra é infinito. O objetivo deste trabalho é unir estas duas cosmologias de modo que possamos estudar inflação em modelos de branas. Escolhemos a cosmlogia de branas do tipo RS-I para exempleficarmos três potenciais condidatos a gerarem inflação em nosso universo. Para a aceitação de um modelo inflacionário representado por V (Ø), devemos calcular o índice espectral n(k) e sua derivada em relação ao número de onda k, dn(k)/dlnk, deste potencial, e comparar estes resultados teóricos com os dados experimentais do WMAP. É isto que faremos com estes três potenciais / An inflationary cosmology describles a phase in which ou Universe goes through accelerated expansion in a short time period at high energy scales. Inflation solves problems left by the Standard Big Bang cosmological model such as problems of flatness and horizon. In this phase, our Universe is ruled by a potential V(Ø) generated bya an inflaton scalar field Ø(t). This potential generated must obey conditions of slow roll given by {, |n|}1, and n are the parameters of slow roll. A brane cosmology was inspired by a string describing cosmological models with extra dimensions. An interest to it highly arose with a publication of two papers by Randall and Sundrum in the 90s. These two models consider a space-time AdS5 in which the hipersurface with three spacial dimensions is inserted. This hypersurface (our Universe) is called a 3-brane. Particles and forces of the standard model are inserted in this 3-brane whereas the graviton can move through all space-time. In the RS-I model one considers two three-brane which delimit an extra dimension whereas in the RS-II model one consideres a unique 3-brane ande the size of the extra dimension is infinite. The aim of this ork is to unify these two cosmologies in a way which would allow studying inflation in brane models. We choose a cosmology in RS-I branes to exemplify three candidate potentials to generate inflation in our Universe. In order to accept an inflationary model represented by V (Ø), we shold calculate the spectral index n(k)/d/lnk, for this potential, and compare these theoretical results with the available experimental data fo WMAP. These studies will be carried out for the three potentials above mentioned.

Cette thèse intitulée « Studies of fractional D-branes in the gauge/gravity correspondence & Flavored Chern-Simons quivers for M2-branes » se place dans le cadre de la théorie des cordes, en physique théorique. Elle consiste en une introduction suivie de deux parties. Dans l'introduction sont résumés les différents outils de théorie des cordes qui seront utilisés. La première partie étudie des théories de type quiver en 3+1 dimensions et leur dual gravitationnel, qui découlent de la considération de D-branes fractionnaires vivant sur des espaces possédant des singularités en codimension complexe un. La thèse principale de cette partie est que la solution de supergravité de Bertolini et al. 2001 and Polchinski 2001 pour des branes de type N=2 a une interprétation dans la théorie des champs de type quiver duale comme un groupe de renormalisation de type cascade qui résulte d'un choix particulier sur la branche de Coulomb de la théorie. Cette compréhension nouvelle permet d'étudier des solutions de supergravité plus générales. Elle donne aussi une plus grande compréhension des branes N=2 dans des contextes avec seulement une supersymmétrie N=1. La second partie de la thèse étudie les quivers de type Chern-Simons, récemment apparus dans la littérature, décrivant des théories en dimension 2+1, qui sont conjecturé dual à des solutions de M-théorie. Il est montré que des théories plus générales que des quivers, possédant également des champs dans la représentation fondamentale des groupes de jauges, permettent la description de M2-branes sur des espaces possédant des singularités de dimension complexe deux, du moins du point de vue de la structure complexe, dans le cas où seules 4 supercharges sont préservées. La thèse principale est que la considération des operateurs monopoles diagonaux dans la théorie de champs N=2 supersymmétrique en 2+1 dimensions, plus une relation entre ces opérateurs proposée comme conjecture, permettent de reproduire l'espace des modules d'une M2-brane sur n'importe quelle géométrie torique ayant des singularités en codimension complexe deux.

6d (2, 0) theory on M5 branes is investigated by considering its KK modes on a 2d space. Selecting KK modes on different 2d spaces amounts to choosing different set of selfdual strings as the perturbative degrees of freedom thus will give the 6d theories related to each other by U-duality. The 4d effective theory for the KK modes is studied via the M5-D3 duality. Except for the (p, q) open strings, which is the KK mode arising from the selfdual strings, the 3-string junction should also be added since it is the bound state of the (p, q) open strings. The quantization of the 3-string junctions gives the fields, which, when lifted to 6d, may account for the conformal anomaly of the 6d (2, 0) theory. The interaction between the open strings and the 3-string junctions is also considered. The Lagrangian and the corresponding N=4 supersymmetry transformation is obtained up to some additional terms to be added. Although the original 6d (2, 0) theory is not constructed directly, the 4d effective theory for the KK modes gives an equivalent description, from which the 6d S-matrix can be calculated.

University, Diss., 2003--Freiburg (Breisgau). / Parallelt.: The method of the nonlocal effective action in higher-dimensional spacetime models.

A cosmologia inflacionária descreve uma fase durante a qual o nosso universo passou por expansão acelerada em um curto período de tempo a escalas de altas energias. A inflação soluciona os problemas deixados pelo modelo cosmológico da Grande Explosão, tais como os problemas de planura e do horizonte. Nesta fase, o nosso universo era governado por um potencial V(Ø) gerado por um campo escalar inflaton, Ø(t). este potencial deve obedecer às condições de rolagem lenta dadas por {, |n|} 1, onde e n são os parâmetros de rolagem lenta. A cosmologia de branas inspira-se na teoria de cordas descrevendo modelos cosmológicos com dimensões extras. Sua grande ascensão aconteceu com a publicação de dois trabalhos de Randall e Sundrum na década de 90. Estes dois modelos consideram um espaço-tempo AdS5 no qual está inserido uma hipersuperfície 3-dimensional chamada 3-brana (nosso universo). As partículas e forças do modelo padrão estão confinadas nesta 3-brana enquanto o gráviton pode viajar por todo o espaço-tempo. O modelo RS-I considera duas 3-branas que delimitam a dimensão extra enquanto o modelo RS-II considera uma única 3-brana e o tamanho da dimensão extra é infinito. O objetivo deste trabalho é unir estas duas cosmologias de modo que possamos estudar inflação em modelos de branas. Escolhemos a cosmlogia de branas do tipo RS-I para exempleficarmos três potenciais condidatos a gerarem inflação em nosso universo. Para a aceitação de um modelo inflacionário representado por V (Ø), devemos calcular o índice espectral n(k) e sua derivada em relação ao número de onda k, dn(k)/dlnk, deste potencial, e comparar estes resultados teóricos com os dados experimentais do WMAP. É isto que faremos com estes três potenciais / An inflationary cosmology describles a phase in which ou Universe goes through accelerated expansion in a short time period at high energy scales. Inflation solves problems left by the Standard Big Bang cosmological model such as problems of flatness and horizon. In this phase, our Universe is ruled by a potential V(Ø) generated bya an inflaton scalar field Ø(t). This potential generated must obey conditions of slow roll given by {, |n|}1, and n are the parameters of slow roll. A brane cosmology was inspired by a string describing cosmological models with extra dimensions. An interest to it highly arose with a publication of two papers by Randall and Sundrum in the 90s. These two models consider a space-time AdS5 in which the hipersurface with three spacial dimensions is inserted. This hypersurface (our Universe) is called a 3-brane. Particles and forces of the standard model are inserted in this 3-brane whereas the graviton can move through all space-time. In the RS-I model one considers two three-brane which delimit an extra dimension whereas in the RS-II model one consideres a unique 3-brane ande the size of the extra dimension is infinite. The aim of this ork is to unify these two cosmologies in a way which would allow studying inflation in brane models. We choose a cosmology in RS-I branes to exemplify three candidate potentials to generate inflation in our Universe. In order to accept an inflationary model represented by V (Ø), we shold calculate the spectral index n(k)/d/lnk, for this potential, and compare these theoretical results with the available experimental data fo WMAP. These studies will be carried out for the three potentials above mentioned.

In this thesis the close relationship between the topological $K$-homology group of the spacetime manifold $X$ of string theory and D-branes in string theory is examined. An element of the $K$-homology group is given by an equivalence class of $K$-cycles $[M,E,\phi]$, where $M$ is a closed spin$^c$ manifold, $E$ is a complex vector bundle over $M$, and $\phi: M\rightarrow X$ is a continuous map. It is proposed that a $K$-cycle $[M,E,\phi]$ represents a D-brane configuration wrapping the subspace $\phi(M)$. As a consequence, the $K$-homology element defined by $[M,E,\phi]$ represents a class of D-brane configurations that have the same physical charge. Furthermore, the $K$-cycle representation of D-branes resembles the modern way of characterizing fundamental strings, in which the strings are represented as two-dimensional surfaces with maps into the spacetime manifold. This classification of D-branes also suggests the possibility of physically interpreting D-branes wrapping singular subspaces of spacetime, enlarging the known types of singularities that string theory can cope with. / Master of Science

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第20168号 / 理博第4253号 / 新制||理||1611(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 畑 浩之 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DGAM

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2241811 bytes, checksum: d494ba9e01bd7d249facca38063cf6ba (MD5) Previous issue date: 2014-04-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Theories of extra dimensions have been extensively studied in recent years with the original intention of solving the hierarchy problem. Among the models of extra dimensions we can mention the braneworld models, more precisely, the Randall-Sundrum model, which considers our universe as a brane embedded in an ambient space with an extra dimension of infinite size. The fundamental aspect of the brane models is that matter and fields are confined in a hypersurface and only gravity has access to all dimensions. Thus, observational tests involving gravity may provide a way of verifying the existence of extra dimensions. With this idea in mind, in this work, we find black hole solutions in a regularized version of a RSII type brane and then we consider two classical tests of general relativity to these solutions. We studied the in uence of transversal movement in the four-dimensional path of the particles. We note that the de ection of light and the time delay, in this scenario, depend on the energy ( frequency ) of the light signal and can, therefore, give rise to the phenomenon of gravitational rainbow. We also discuss a model of thick branes known as the split fermion model. In this model electrons and protons are located on di¤erent hypersurfaces of the brane. We found that, in the presence of a gravitational eld generated by a massive body, these particles will experience di¤erent four-dimensional geometries. This violation of the equivalence principle, from the viewpoint of four-dimensional observers, produces interesting phenomena as, for instance, the gravitational induction of an electric dipole in a hydrogen atom. We veri ed that the Hamiltonian that describes this e¤ect has the same form of the Stark Hamiltonian, i.e., H = ~A ~r, where the tidal acceleration ~A(due to the separation of electron and proton in the extra dimension) substitutes the electric eld and the reduced mass atom replaces the electric charge. / Teorias de dimensões extras têm sido amplamente estudadas nos últimos anos, com o intuito original de resolver o problema da hierarquia. Entre os modelos de dimensões extras podemos citar o modelo de branas Randal-Sundrum, que trata o nosso universo como uma brana imersa em um espaço ambiente com uma dimensão extra de comprimento infinito. O aspecto fundamental do cenário de branas é que a matéria e os campos estão confinados em uma hipersuperfície e, apenas, a gravidade tem acesso a todas as dimensões. Sendo assim, testes observacionais envolvendo a gravitação podem oferecer meios de se verificar a existência das dimensões extras. Com esta ideia em mente, neste trabalho, encontramos soluções de buracos negros em uma versão regularizada de uma brana (ou seja, com espessura) do tipo RSII e aplicamos, então, dois testes clássicos da relatividade geral para estas soluções de buracos negros, estudando a influência do movimento transversal nas trajetórias quadrimensionais das partículas. Constatamos que o desvio da luz e o atraso temporal, neste cenário, passam a depender da energia (frequência) do sinal luminoso, podendo, portanto, dar origem ao fenômeno de arco-íris gravitacional. Discutimos também um modelo de branas com espessura, conhecido como modelo de separação de férmions, formulado com o propósito de explicar a estabilidade do próton sem recorrer a algum tipo de simetria. Neste modelo, elétrons e prótons estão localizados em diferentes hipersuperfícies da brana. Verificamos que na presença de um campo gravitacional gerado por um corpo massivo, estas partículas irão sentir diferentes geometrias quadrimensionais. Esta aparente violação do princípio da equivalência, do ponto de vista de observadores quadrimensionais, produz interessantes fenômenos como, por exemplo, a indução, pela gravidade, de um dipolo elétrico em um átomo de Hidrogênio. Verificamos que a Hamiltoniana que descreve este efeito tem a mesma forma da Hamiltoniana de Stark, ou seja, H = ~A ~r, onde a aceleração de maré ~A (devido à separação de elétron e próton na dimensão extra) está no lugar do campo elétrico e a massa reduzida do átomo substitui a carga elétrica.