Halle, Wittenberg, University, Diss., 2002.

Berlin, Humboldt-University, Diss., 2002.

Berlin, Humboldt-University, Diss., 2002.

University, Diss., 2002--Bonn.

University, Diss., 2005--Bonn.

Diese Dissertation konzentriert sich auf die perturbative Berechnung von Streuamplituden in der Stringtheorie, insbesondere auf Ein-Schleifen-Amplituden für geschlossene Strings. In diesem Fall ist die Weltfläche ein Torus oder eine Riemannsche Fläche vom Geschlecht eins, wobei Punktierungen externe Strings repräsentieren. Der Torus besitzt eine SL(2,Z)-Symmetrie (die modulare Gruppe), die reiche mathematische Eigenschaften offenbart, die für das Verständnis der Amplituden in der Stringtheorie von zentraler Bedeutung sind. Die Niedrigenergie-Entwicklung der Streuamplituden für geschlossene Strings auf Genus-eins-Niveau wird durch die Integration von Korrelatoren der konformen Feldtheorie über den Modulraum des punktierten Torus bestimmt. Dieser Prozess zerfällt in zwei Integrale: eines über den Konfigurationsraum der Einfügungspunkte und eines über den Modulraum der Tori. Das erste Integral führt zu nicht-holomorphen modularen Formen, die als modulare Graphenformen (MGFs) bekannt sind. Diese Arbeit wendet Techniken aus der algebraischen Geometrie und Zahlentheorie an, um MGFs als iterierte Integrale von holomorphen Eisensteinreihen und deren komplexer Konjugation zu analysieren. Mithilfe von Zetageneratoren zeigt die Fourier-Entwicklung der MGFs das Auftreten von mehrfachen Zetawerten und deren einfachwertigen Versionen. Der Prozess wird auf nicht-holomorphe modulare Formen ausgeweitet, die aus iterierten Integralen holomorpher modularer Formen konstruiert sind und holomorphe Spitzenformen einbeziehen. Diese Konstrukte helfen bei der Definition der modularen Vervollständigung der dreifachen Eisenstein-Integrale, wobei Koeffizienten auftreten, die multiple Zetawerte, L-Werte der Spitzenformen und neue Perioden enthalten. Auf modularer Tiefe drei wird eine Basis der MGFs unter Verwendung von Lösungen der Laplace-Gleichungen konstruiert, die es ermöglicht, MGFs über den Modulraum des Torus zu integrieren. / This thesis focuses on the perturbative calculation of scattering amplitudes in string theory, particularly at one-loop for closed strings. At this level, the worldsheet is a torus, or genus-one Riemann surface, with punctures representing external strings. The torus possesses an SL(2,Z) symmetry (the modular group), which reveals rich mathematical properties crucial to understanding string theory amplitudes. The low-energy expansion of genus-one closed-string scattering amplitudes is derived by integrating conformal field theory correlators over the moduli space of the punctured torus. This process splits into two integrals: one over the configuration space of insertion points and the other over the moduli space of tori. The first integral introduces non-holomorphic modular forms known as modular graph forms (MGFs). This work applies techniques from algebraic geometry and number theory to analyze MGFs as iterated integrals of holomorphic Eisenstein series and their complex conjugates. Using zeta generators, the Fourier expansion of MGFs reveals the presence of multiple zeta values and their single-valued versions. The study extends to non-holomorphic modular forms constructed from iterated integrals of holomorphic modular forms, incorporating holomorphic cusp forms. These constructs help define the modular completion of triple Eisenstein integrals, yielding coefficients involving multiple zeta values, L-values of cusp forms, and new periods. At modular depth three, a basis of MGFs is constructed using solutions to Laplace equations, allowing for the integration of MGFs over the torus moduli space.

Diese Dissertation behandelt automorphe Formen und ihre Fourierentwicklung im Rahmen der Typ IIB Stringtheorie. Besonderes Augenmerk wird auf den zehndimensionalen Fall gelegt sowie auf die torisch kompaktifizierte Theorie in sieben Raumzeitdimensionen mit jeweiligen Cremmer-Julia Symmetrien SL_2 und SL_5. Die Analyse erfolgt vorrangig über dem Adelenring mit dem Hauptergebnis einer Herleitung allgemeiner Ausdrücke für die Fourierentwicklung von Eisensteinreihen in der minimalen und nächstgrößeren (next-to-minimal) automorphen Darstellung beliebiger SL_n. / In this thesis, we study automorphic forms and their Fourier expansions in the context of type IIB string theory and its toroidal compactifications with an emphasis on the cases D = 10 and D = 7 where the Cremmer-Julia symmetry groups are SL_2 and SL_5 respectively. We work predominantly over the adeles and present general formulae for the Fourier expansions of Eisenstein series in the minimal- and next-to-minimal automorphic representations of SL_n.

Der Gegenstand dieser Arbeit ist Bestandteil der Stringtheorie und betrifft insbesondere die geometrischen Aspekte der Realisierung von Eichtheorien innerhalb der Stringtheorie. Wir studieren die Eichtheorie von D3-Branes an verallgemeinerten Singularitaeten wie der Orbifold- oder Conifold-Singularitaet. Die Einfuehrung der sogenannten Branediamanten fuehrt auf ein konsistentes Bild. Fuer diese Klasse von Modellen wird die Wirkung der Mirrorsymmetrie diskutiert. Im zweiten Teil untersuchen wir die Feldtheorie der M5-Brane auf der Grundlage des Supereinbettungsformalismus. Das Hauptresultat dieses Kapitels ist eine explizite Identifikation der selbstdualen 3-Form mit den Parametern der komplexen Struktur des Einbettungsraumes. Das heuristische Material, das in den vorangegangenen Kapiteln angesammelt wurde, weist darauf hin, dass die Informationen, die ein supersymmetrischer 3-Zykel enthaelt, zumindest teilweise auf supersymmetrische 2-Zykel zurueckgefuehrt werden koennen. Daher studieren wir den Fall von Brane-Boxen, die durch Ueberlagerung von gewoehnlichen N=2 Systemen aus D4 und NS5-Branes gewonnen werden koennen. Diese Konfigurationen erfuellen die Bedingung des `uniform bending' und der Lift auf einen supersymmetrischen 3-Zykel kann explizit ausgefuehrt werden. Im letzten Teil konstruieren wir eine neue superkonforme N=1 Eichtheorie, die aus einer Massendeformation der N=4 SYM entsteht und eine duale Supergravitationsbeschreibung durch die AdS/CFT-Korrespondenz besitzt. / The subject of this work is part of the theory of strings and in particular concerned with geometrical aspects of the realization of gauge theory within string theory. In particular we study the gauge theory of D3-branes at generalised singularities like orbifolds and the orbifolded conifold singularities. The introduction of the so called diamonds leads to a consistent picture. The action of mirror symmetry for this class of models is discussed. In a second part the field theory of the M5-brane will be investigated on the basis of the superembedding approach. The main result here will be a rather explicit identification of the self dual three form field with the parameters of the complex structure of the embedding space. The heuristic material collected from the previous chapters states that the information contained in supersymmetric 3-cycles can be partially extracted from supersymmetric 2-cycles. Thus we study the case of brane boxes, which can be obtained by sewing together usual N=2 setups of D4 and NS5-branes. These systems satisfy the condition of uniform bending and the lift to a supersymmetric 3-cycle can be performed explicitly. In the last part a new superconformal N=1 gauge theories will be constructed which arise as certain deformations of N=4 SYM and have a dual description due to the AdS/CFT correspondence.

In den letzten Jahren hat die Erforschung von Branen zu vielen neuen Einsichten in String- und M-Theorie geführt. Ein Großteil dieser Forschung behandelte den Fall großen Volumens, wo geometrische Methoden zuverlässige Informationen liefern. Die Extrapolation in den Bereich, wo die endliche Ausdehnung des Strings wichtig wird (`stringy regime'), erfordert gewöhnlich neue Methoden aus der konformen Feldtheorie mit Randbedingungen. Branen auf Gruppenmannigfaltigkeiten ermöglichen einen guten Zugang zu diesem Problem. Obwohl sie nichttriviale Hintergründe beschreiben, was zu vielen interessanten Effekten führt, sind sie immer noch gut beherrschbar. Sie dienen auch als Bausteine bei den Restklassen- und Orbifoldkonstruktionen von im Wesentlichen allen bekannten konformen Modellen. Die vorliegende Arbeit untersucht die Dynamik von Branen auf Gruppenmannigfaltigkeiten und Restklassenmodellen. In einem bestimmten Grenzfall wird die Dynamik von nichtkommutativen Eichtheorien regiert. Viele der Prozesse lassen sich in den Bereich extrapolieren, wo Stringeffekte eine Rolle spielen. Sie äußern sich als Renormierungsgruppenflüsse auf den zweidimensionalen Weltflächentheorien mit Rändern. Solche Flüsse sind auch von Interesse in der Festkörpertheorie, wo sie Randphänomene in eindimensionalen Systemen beschreiben. Wesentliche Daten über diese dynamischen Prozesse sind in Ladungen von D-Branen kodiert. Wir werden die Resultate, die wir über Prozesse zwischen verschiedenen Brankonfigurationen erhalten, mit der Vermutung vergleichen, dass die Ladungen Werte in getwisteten K-Gruppen annehmen. / In recent years, the study of branes has led to many new insights into string and M-theory. Much of this study was done in the large-volume regime where geometric techniques provide reliable information. The extrapolation into the stringy regime usually requires new methods from boundary conformal field theory. Branes on group manifolds give us a good handle on this issue. Although they describe non-trivial backgrounds leading to many interesting effects, they are still tractable. They also serve as building blocks in the coset and orbifold constructions of essentially all known conformal models. The present thesis investigates the dynamics of branes on group manifolds and coset models. In some limiting regime, the dynamics are governed by non-commuta\-tive gauge theories. Many of the processes can be extrapolated to the stringy regime. They manifest themselves as renormalization group flows on the two-dimensional worldsheet theories with boundaries. Such flows are of interest also in condensed matter theory where they describe boundary phenomena in one-dimensional systems. Essential data on these dynamical processes are encoded in D-brane charges. We will compare the obtained results on processes between brane configurations with the conjecture that the charges take their values in twisted K-groups.

In dieser Dissertation wird eine Methode zur Berechnung der genus-eins Korrekturen von offenen Strings zu Feldtheorie-Amplituden konstruiert. Hierzu werden Vektoren von Integralen definiert, die ein elliptisches Knizhnik-Zamolodchikov-Bernard (KZB) System auf dem punktierten Torus erfüllen, und die entsprechenden Matrizen aus dem KZB System berechnet. Der elliptische KZB Assoziator erzeugt eine Relation zwischen zwei regulierten Randwerten dieser Vektoren. Die Randwerte enthalten die genus-null und genus-eins Korrekturen. Das führt zu einer Rekursion im Genus und der Anzahl externer Zustände, die einzig algebraische Operationen der bekannten Matrizen aus dem KZB System umfasst. Geometrisch werden zwei externe Zustände der genus-null Weltfläche der offenen Strings zu einer genus-eins Weltfläche zusammengeklebt. Die Herleitung dieser genus-eins Rekursion und die Berechnung der relevanten Matrizen wird durch eine graphische Methode erleichtert, mit der die Kombinatorik strukturiert werden kann. Sie wurde durch eine erneute Untersuchung der auf Genus null bekannten Rekursion entwickelt, bei welcher der Drinfeld Assoziator Korrekturen offener Strings auf Genus null auf solche mit einem zusätzlichen externen Zustand abbildet. Diese genus-null Rekursion umfasst ebenfalls ausschliesslich Matrixoperationen und basiert auf einem Vektor von Integralen, der eine Knizhnik-Zamolodchikov (KZ) Gleichung erfüllt. Die in der Rekursion gebrauchten Matrizen aus der KZ Gleichung werden als Darstellungen einer Zopfgruppe identifiziert und rekursiv berechnet. Der elliptische KZB Assoziator ist die Erzeugendenreihe der elliptischen Multiplen Zeta-Werte. Die Konstruktion der genus-eins Rekursion benötigt verschiedene Eigenschaften dieser Werte und ihren definierenden Funktionen, den elliptischen Multiplen Polylogarithmen. So werden Relationen verschiedener Klassen von elliptischen Polylogarithmen und Funktionalrelationen erzeugt durch elliptische Funktionen hergeleitet. / In this thesis, a method to calculate the genus-one, open-string corrections to the field-theory amplitudes is constructed. For this purpose, vectors of integrals satisfying an elliptic Knizhnik-Zamolodchikov-Bernard (KZB) system on the punctured torus are defined and the matrices from the KZB system are calculated. The elliptic KZB associator is used to relate two regularised boundary values of these vectors. The boundary values are shown to contain the open-string corrections at genus zero and genus one. This yields a recursion in the genus and the number of external states, solely involving algebraic operations on the known matrices from the KZB system. Geometrically, two external states of the genus-zero, open-string worldsheet are glued together to form a genus-one, open-string worldsheet. The derivation of this genus-one recursion and the calculation of the relevant matrices is facilitated by a graphical method to structure the combinatorics involved. It is motivated by the reinvestigation of the recursion in the number of external states known at genus zero, where the Drinfeld associator maps the genus-zero, open-string corrections to the corrections with one more external state. This genus-zero recursion also involves matrix operations only and is based on a vector of integrals satisfying a Knizhnik-Zamolodchikov (KZ) equation. The matrices in the KZ equation and used in the recursion are shown to be braid matrices and a recursive method for their calculation is provided. The elliptic KZB associator is the generating series of elliptic multiple zeta values. The construction of the genus-one recursion requires various properties of these values and their defining functions, the elliptic multiple polylogarithms. Thus, the third part of this thesis consists of an analysis of elliptic multiple polylogarithms, which in particular leads to relations among different classes of elliptic polylogarithms and functional relations generated by elliptic functions.