京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第19496号 / 理博第4156号 / 新制||理||1597(附属図書館) / 32532 / 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 笹倉 直樹, 教授 田中 貴浩, 教授 杉本 茂樹 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

We develop the mathematical theory of the open/closed correspondence, proposed by Mayr in physics as a class of dualities between open strings on Calabi-Yau 3-folds and closed strings on Calabi-Yau 4-folds. Given an open geometry on a toric Calabi-Yau 3-orbifold relative to a framed Aganagic-Vafa outer brane, we construct a closed geometry on a toric Calabi-Yau 4-orbifold and establish the correspondence between the two geometries on the following levels across both the A- and B-sides of mirror symmetry: numerical Gromov-Witten invariants; generating functions of Gromov-Witten invariants; B-model hypergeometric functions and Givental-style mirror theorems; Picard-Fuchs systems and solutions; integral cycles on Hori-Vafa mirrors and periods; mixed Hodge structures.

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Nous avons réalisé une déformation non-triviale et complète de la théorie de supergravité maximale en dimension deux. Il s'agit de la supergravité maximale avec groupe de jauge SO(9). Cette théorie décrit de manière effective la supergravité de type IIA sur un espace-temps produit AdS_2 x S^8. Elle joue ainsi un rôle important dans la correspondance Gravité / Théorie de Jauge appliquée au cas de la D0-brane. Afin de préparer la construction de la supergravité maximale jaugée SO(9), nous nous intéressons aux supergravités maximales en dimension onze et trois, puisqu'elles donnent lieu à différentes formulations non équivalentes de la théorie bidimensionnelle non jaugée. Le formalisme d' « Embedding tensor » est ensuite présenté. Il permet de déterminer l'ensemble des groupes de jauges compatibles avec la supersymétrie maximale. La supergravité SO(9) est dès lors explicitement construite et ouvre la voie à deux applications importantes. P our commencer, nous avons réalisé l'inclusion d'un sous-secteur bosonique de la théorie SO(9), la troncature de Cartan, dans la supergravité de type IIA à dix dimensions d'espace-temps. Il s'agit d'une inclusion cohérente. Cela a motivé la deuxième application, de nature holographique. Ainsi, à partir du sous-secteur de Cartan de la supergravité SO(9), et en particulier de la découverte d'états fondamentaux de type « half-BPS », nous avons calculé un ensemble de fonctions de corrélation à un et deux points associées à des opérateurs de modèles de matrice duaux. Nous avons conclu en un résumé de nos travaux et en la présentation d'intéressantes perspectives. / A complete non trivial supersymmetric deformation of the maximal supergravity in two dimensions is achieved by the gauging of a SO(9) group. The resulting theory describes the reduction of type IIA supergravity on an AdS_2 x S^8 background and is of first importance in the Domain-Wall / Quantum Field theory correspondence for the D0-brane case. To prepare the construction of the SO(9) gauged maximal supergravity, we focus on the eleven dimensional supergravity and the maximal supergravity in three dimensions since they give rise to important off-shell inequivalent formulations of the ungauged theory in two dimensions. The embedding tensor formalism is presented, allowing for a general desciption of the gaugings consistent with supersymmetry. The SO(9) supergravity is explicitly constructed and applications are considered. In particular, an embedding of the bosonic sector of the two-dimensional theory into type IIA supergravity is obtained. Hence, the Cartan truncation of the SO(9) supergravity is proved to be consistent. This motivated holographic applications. Therefore, correlation functions for operators in dual Matrix models are derived from the study of gravity side excitations around half BPS backgrounds. These results are fully discussed and outlooks are presented.

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. <p>\ / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les théories de supercordes sont à l'heure actuelle le seul candidat à l'unification quantique des interactions de jauge et de la gravité. Ces théories n'etaient jusqu'à récemment définies que dans le régime de {\it faible couplage} par leur série de perturbation. La découverte récente des symétries de dualité, prolongeant la dualité électrique-magnétique des équations de Maxwell, permet maintenant d'identifier ces théories perturbatives comme {\it différentes approximations} d'une théorie fondamentale, la {\it M-théorie}. Les symétries de dualités donnent accès aux effets {\it non perturbatifs} d'une théorie des cordes donnée à partir de calculs {\it perturbatifs} dans une théorie duale. Le premier chapitre de ce mémoire fournit une introduction non technique à ces développements. Le second introduit les dualités non perturbatives observées en théories de jauge et de supergravité, le spectre BPS non-perturbatif dans ces théories, et présente une nouvelle dualité reliant les branches de Higgs de certaines théories de jauge supersymétriques $N=2$. Dans le troisième chapitre, nous introduisons brièvement les théories des cordes perturbatives et vérifions explicitement les conjectures de dualités dans les théories des cordes de supersymétrie $N=4$ à quatre dimensions. Gr{â}ce aux dualités, nous obtenons des résultats {\it exacts} non perturbativement pour certains couplages dans l'action effective de basse énergie, et interprétons dans le chapitre 4 les effets non perturbatifs ainsi obtenus en termes de {\it configurations instantoniques de $p$-branes} enroulées sur les cycles supersymétriques de la variété de compactification. Enfin, nous discutons une proposition récente de définition {\it a priori} de la M-théorie en termes de théories de jauge supersymétriques $U(N)$ à grand $N$, l'étendons à des compactifications toro{\"\i}{}dales en présence de champs de fond constants, et interprétons le spectre d'états BPS en termes d'excitations de la théorie de jauge. Les publications originales décrivant ces travaux sont reproduites en appendice.

Le Modèle Standard de la physique des particules a été remarquablement testé auprès des grands accélérateurs jusqu'à une énergie de l'ordre du TeV. Malgré ses succès, un grand nombre de problèmes restent sans solution. Par exemple, le Modèle Standard ne permet pas d'expliquer l'origine de la prépondérance de la matière sur l'antimatière, ni l'origine du rapport 1016 entre l'échelle de brisure électrofaible et l'échelle de Planck. Les interactions électrofaibles et fortes ne sont pas unifiées et de plus, la gravité est absente. Cette thèse s'interesse à différents aspects phénoménologiques des théories d'extension du Modèle Standard. La première partie porte sur la baryogénèse électro- faible dans le Modèle Standard Supersymétrique Minimal et plus spécifiquement sur la dynamique de la transition de phase électrofaible. La deuxième partie est consacrée au problème de la brisure spontanée de la supergravité dans les théories de cordes effectives, les seules théories offrant l'espoir d'une description unifiée des interactions gravitationnelles avec les autres forces fondamentales. Enfin, la dernière partie discute un certain nombre de modèles phénoménologiques utilisant les propriétés des branes et la présence de dimensions supplémentaires afin de reformuler le problème de hiérarchie de jauge en termes géométriques.

Cette thèse est consacrée à l'étude des théories conformes des champs (CFTs) bidimensionelles et à leur interprétation géométrique, dans le cadre de la théorie bosonique des cordes. Après un premier chapitre introductif, nous construisons des théories conformes ayant pour espaces-cibles des quotients généraux de groupes compacts par des sous-groupes abéliens finis. Plusieurs choix de champs de fond antisymétriques sont possibles, correspondant du côté de la CFT à la torsion discrète. Dans le troisième chapitre, nous ajoutons des cordes ouvertes à ces constructions; nous étudions les états de bord, leur interprétation géométrique en termes de D-branes et montrons comment celles-ci sont stabilisées par le flux du champ de jauge. Le quatrième chapitre développe l'analyse de basse énergie, par le calcul à deux boucles de la fonction beta du champ de jauge, menant à des corrections à l'action de Born-Infeld. Il inclut aussi des resultats sur l'action de BI non-abélienne à cet ordre. Le dernier chapitre contient les conclusions et perspectives.

In Part I we are dealing with effective description of Yang-Mills theories based on gauge-invarint variables. For pure Yang-Mills we study the spin-charge separation varibles. The dynamics in these variables resembles the Skyrme-Faddeev model. Thus the spin-charge separation is an important intermediate step between the fundamental Yang-Mills theory and the low-energy effective models, used to model the low-energy dynamics of gluons. Similar methods may be useful for describing the Electroweak sector of the Standard Model in terms of gauge-invariant field variables called supercurrents. We study the geometric structure of spin-charge separation in 4D Euclidean space (paper III) and elaborate onconnection with gravity toy model. Such reinterpretation gives a way to see how effective flat background metric is created in toy gravity model by studying the appearance of dimension-2 condensate in the Yang-Mills (paper IV). For Electroweak theory we derive the effective gauge-invariant Lagrangian by doing the Kaluza-Klein reduction of higher-dimensional gravity with 3-brane, thus making explicit the geometric interpretation for gauge-invariant supercurrents. The analogy is then made more precise in the framework of exact supergravity solutions. Thus, we interpret the Higgs effect as spontaneous breaking of Kaluza-Klein gauge symmetry and this leads to interpretation of Higgs field as a dilaton (papers I and II). In Part II of the thesis we study rather simple field theories, called “geometric” or “instantonic”. Their defining property is exact localization on finite-dimensional spaces – the moduli spaces of instantons. These theories allow to account exactly for non-linearity of space of fields, in this respect they go beyond the standard Gaussian perturbation theory. In paper V we show how to construct a geometric theory of chiral boson by embedding it into the geometric field theory. In Paper VI we elaborate on the simplest geometric field theory – the supersymmetric Quantum Mechanics and construct new non-perturbative topological observables that have a transparent meaning both in geometric and in the Hamiltonian formalisms. In Paper VII we are motivated by making perturbations away from the simple instantonic limit. For that we need to carefully define the observables that are quadratic in momenta and develop the way to compute them in geometric framework. These correspond geometrically to bivector fields (or, in general, the polyvector fields). We investigate the local limit of polyvector fields and compare the geometric calculation with free-field approach.