Halle, Wittenberg, Univ., Diss., 2003. / Computerdatei im Fernzugriff.

Halle, Wittenberg, University, Diss., 2003.

Diese Doktorarbeit behandelt die bosonische Einbettung der geeichten N = 8 Supergravitation in elf Dimensionen. Die höher dimensionalen Felder müssen zuerst nichtlinear umdefiniert werden, sodass ihre supersymmetrischen Transformationen mit denen der vierdimensionalen Felder verglichen werden können. So wurden in der Literatur nichtlineare Beziehungen zwischen den neu definierten elfdimensionalen Feldern und den Feldern der N = 8 Supergravitation gefunden. Darauf basierend können nun direkte Ansätze gefunden werden, die eine vierdimensionale in eine elfdimensionale Lösung der Supergravitation einbetten. Die Arbeit präsentiert alle Ansätze für die skalaren internen Felder. Zuerst werden die schon bekannten Einbettungsformeln für die inverse Metrik, das Dreiform-Potential mit gemischter Indexstruktur sowie das Sechsform-Potential zusammengefasst. Danach werden neue Ansätze für die explizite interne Metrik, das vollständige Dreiform-Potential, den Warp Faktor, die Vierform Feldstärke sowie den Freund-Rubin Faktor gefunden. Die Einbettung der Vektorbosonen hängt dann nur von den skalaren Feldern ab. Der zweite Teil der Arbeit benutzt die gefundenen Einbettungsformeln, um gruppeninvariante Lösungen der elfdimensionalen Supergravitation zu finden. In solchen Fällen hängen die höherdimensionalen Felder ausschließlich von speziellen gruppeninvarianten Tensoren ab, die auf die jeweilige interne Geometrie angepasst sind. Als Beispiel wird zuerst die schon bekannte Einbettung der G2 invarianten Supergravitation zusammengefasst. Dann wird eine neue SO(3)×SO(3) invariante Löung der elfdimensionalen Supergravitation gefunden. Schließlich wird die Konsistenz der gefundenen Lösungen für eine maximal symmetrische Raumzeit überprüft. Die Ergebnisse können auf andere Kompaktifizierungen verallgemeinert werden, z.B. auf die nichtkompakten CSO(p,q,r) Eichungen oder auf die Reduzierung der Typ IIB Supergravitation zu fünf Dimensionen. / This thesis presents the complete embedding of the bosonic section of gauged N = 8 supergravity into 11 dimensions. The fields of 11-dimensional supergravity are reformulated in a non-linear way, such that their supersymmetry transformations can be compared to the four-dimensional ones. In this way, non-linear relations between the redefined higher-dimensional fields and the fields of N = 8 supergravity were already found in the literature. This is the basis for finding direct uplift Ansätze for the bosonic fields of 11-dimensional supergravity in terms of the four-dimensional ones. This work gives the scalar Ans¨atze for the internal fields. First, the well known uplift formulae for the inverse metric, the three-form potential with mixed index structure and the six-form potential are summarized. Secondly, new embedding formulae for the explicit internal metric, the full three-form potential and the warp factor are presented. Additionally, two subsequent non-linear Ansätze for the full internal four-form field strength and the Freund-Rubin term are found. Finally, the vector uplift can simply be found in terms of the obtained scalar fields. The second part of this thesis uses the obtained embedding formulae in order to construct group invariant solutions of 11-dimensional supergravity. In such cases, the higher-dimensional fields can be written solely in terms of certain group invariant tensors that are adapted to the particular geometry of the internal space. Two such examples are discussed in detail. The first one is the well-known uplift of G2 gauged supergravity. Furthermore, a new SO(3)×SO(3) invariant solution of 11-dimensional supergravity is found. In particular, the consistency of both solutions is explicitly checked for a maximally symmetric spacetime. The results may be generalized to other compactifications, e.g. the non-compact CSO(p, q, r) gaugings or the reduction from type IIB supergravity to five dimensions.

In dieser Arbeit untersuchen wir Gravitations- und Supergravitationssysteme, die in zwei Dimensionen vollständig integrabel sind. Dies sind Theorien, zu denen auch die einsteinsche Gravitation zählt, die bei dimensionaler Reduktion auf drei Dimensionen, die Form eines nichtlinearen $\s$-Models für den Materieteil annehmen und als Zielmannigfaltigkeit den Cosetraum $\mathrm{G}/\mathrm{K}$ haben. Ausgehend von der einsteinschen Gravitation betrachten wir insbesondere die Klasse der stationären und axialsymmetrischen Lösungen. Dabei untersuchen wir das lineare System (Lax-Paar), das den nichtlinearen Feldgleichungen der Vakuumsgravitation entspricht, wie es von Belinski-Zakharov (BZ) und Breitenlohner-Maison (BM) formuliert wurde. Die Existenz des linearen Systems zeigt die Integrabilität des zweidimensionalen Systems und ist inversen Streumethoden zugänglich, wie in zwei unterschiedlichen Ansätzen von BZ und BM gezeigt. Aus der unendlich-dimensionalen Symmetrie, die mit den zweidimensionalen Gleichungen assoziiert ist, ergibt sich die sogenannte Gerochgruppe. Der BM-Ansatz ermöglicht eine direkte Implementierung der Gerochgruppe und der Erzeugung von physikalisch interessanten Lösungen im Solitonensektor auf manifest gruppentheoretischer Weise. Aus diesem Grund ist zu erwarten, dass es in einem breiteren Spektrum von Cosetmodellen angewendet werden kann. In dieser Arbeit konzentrieren wir uns auf diesen Ansatz und erweitern ihn um die STU-Supergravitation, wobei entsprechende technische Änderungen im BM-Lösungserzeugungsalgorithmus erforderlich werden. Basierend auf diesen Änderungen, diskutieren wir auch eine Verallgemeinerung auf andere Fälle. Wir testen die Anwendbarkeit der BM inversen Streumethode, indem wir explizit folgende Lösungen konstruieren: die Kerr-NUT Lösung der einsteinschen Gravitation, die Vier-Ladungs-Lösung eines schwarzen Lochs innerhalb der STU Supergravitation von Cvetic und Youm und die einfach rotierende JMaRT Lösung. / In this thesis, we study gravity and supergravity systems that become completely integrable in two dimensions. Including Einstein gravity, these systems are theories that upon dimensional reduction to three dimensions assume the form of a non-linear $\s$-model for the matter part, with target manifold a coset space $\mathrm{G}/\mathrm{K}$. Starting from Einstein gravity and focusing on the class of stationary axisymmetric solutions, we study the linear system (Lax pair) associated with the non-linear field equations of vacuum gravity as formulated by Belinski - Zakharov (BZ) and Breitenlohner-Maison (BM). The existence of the linear system exhibits the integrability of the two-dimensional system and is amenable to inverse scattering methods as shown in two different approaches by BZ and BM. The infinite dimensional symmetry associated with the two-dimensional equations gives rise to the so-called Geroch group. The BM approach allows for a direct implementation of the Geroch group and the generation of physically interesting solutions in the soliton sector in a manifestly group theoretic way. For this reason, it is expected to apply to a broader set of coset models. Throughout this work, we concentrate on this approach and extend it to STU supergravity, where appropriate technical modifications were required in the BM solution generation algorithm. Based on these modifications, we also discuss a generalization to other set-ups. We test the applicability of the BM inverse scattering method by explicitly constructing the Kerr-NUT solution of Einstein gravity and within STU supergravity, the four-charge black hole solution of Cvetic and Youm as well as the singly rotating JMaRT solution.

In dieser Arbeit stellen wir verschiedene Tests der (M)atrixtheorie-Vermutung vor. Die (M)atrixtheorievermutung besagt, dass die Dynamik von M-Theorie, der Urtheorie, die alle bekannten Stringtheorien und auch elfdimensionale Supergravitation als bestimmte Grenzfaelle enthalten soll, durch ein quantenmechanisches Matrixmodell gegeben ist. Insbesondere untersuchen wir Streuprozesse sowohl aus Sicht des Matrixmodells, als auch aus Sicht der Supergravitation, und vergleichen die resultierenden S-Matrixelemente. Wir finden beeindruckende Uebereinstimmung zwischen den beiden Theorien, solange wir uns auf klassische Supergravitation beschraenken. Sobald wir auch Quanteneffekte auf der Supergravitationsseite einbeziehen, hat diese Uebereinstimmung keinen Bestand. Des weiteren untersuchen wir die Frage, ob Loesungen der klassischen Matrixmodell-Bewegungsgleichungen mit Impulsuebertrag existieren, und finden eine negative Antwort. / In this thesis, we present several tests of the M(atrix)-Model conjecture that asserts that the dynamics of M-Theory, the eleven-dimensional Ur-theory containing all known string theories and also eleven-dimensional supergravity in specific limits, is given by a quantum mechanical matrix model. In particular, scattering processes are analyzed both from the M(atrix)-Model and from the supergravity perspective and the corresponding S-matrix elements are compared. We find impressive agreement between these two theories as long as only classical supergravity is considered. If one includes also quantum effects on the supergravity side, the agreement does not persist. In addition to these calculations, the question of the existence of classical solutions to the M(atrix)-Model equations of motion with momentum transfer is addressed and answered negatively.

Cremmer und Julia haben 1978 die Existenz von verborgenen En(n)-exzeptionellen Symmetrien in den maximalen Supergravitationstheorien (SUGRA), die aus der Kompaktifizierung der elfdimensionalen SUGRA auf einem n-Torus folgen, entdeckt. Die Existenz dieser En(n)-Symmetrien in den maximalen SUGRA ist eine ihrer bemerkenswertesten Eigenschaften, aber die Bedeutung dieser Symmetrien in der Quantentheorie ist noch nicht vollständig verstanden. Zudem ist erst seit 2013 bekannt, wie eine manifest En(n)-kovariante exzeptionelle Feldtheorie (ExFT), die auf einer exzeptionellen Geometrie basiert und insbesondere die elfdimensionale SUGRA beinhaltet, konstruiert werden kann (Hohm & Samtleben, 2013). In dieser Dissertation konstruieren wir die kanonische Formulierung der E6(6)-ExFT, was als Ausgangspunkt der kanonischen Quantisierung angesehen werden kann. Wir ermitteln die nicht-integrale Form des topologischen Terms der E6(6)-ExFT und untersuchen eine topologische Modelltheorie, die auf dem kinetischen Term der zwei-Form basiert. Um die Konstruktion einer verallgemeinerten Geometrie zu illustrieren konstruieren wir explizit den Y-Tensor für die Gruppe Sp(2n). Außerdem beschreiben wir eine vereinfachte kanonische Behandlung der Zwangsbedingungen des skalaren symmetrischen Raumes, welche wir für SL(n)/SO(n) erläutern. Zur Vorbereitung der kanonischen Analyse der ExFT untersuchen wir die kanonische Formulierung der manifest E6(6)-invarianten ungeeichten maximalen fünfdimensionalen SUGRA und führen eine umfassende kanonische Analyse, inklusive aller Eichtransformationen und der vollständigen Poisson-Algebra der Zwangsbedingungen, durch. Wir errechnen die Hamilton-Funktion der ExFT, sowie den Großteil der kanonischen (Eich-)Transformationen und Teile der Poisson-Algebra der Zwangsbedingungen. Zudem untersuchen wir, wie die kanonische Formulierung durch das verallgemeinerte Vielbein ausgedrückt werden kann und erörtern die mögliche Existenz von verallgemeinerten Ashtekar-Variablen. / In 1978 Cremmer and Julia discovered the existence of hidden non-compact global En(n) exceptional symmetries in the maximal supergravity (SUGRA) theories that follow from the compactification of eleven-dimensional SUGRA on an n-torus. The existence of these hidden exceptional symmetries in maximal SUGRA theories is one of their most notable features, but the role of these symmetries is not yet fully understood at the quantum level. Moreover it has only been known since 2013 how a manifestly En(n) covariant exceptional field theory (ExFT) can be constructed, which is based on an exceptional geometry and in particular contains the eleven-dimensional SUGRA (see Hohm & Samtleben, 2013). In this thesis we construct and investigate the canonical formulation of the (bosonic) E6(6) ExFT, which can be seen as the starting point of the canonical quantisation procedure. We calculate the explicit non-integral form of the topological term of the E6(6) ExFT and explore a topological model theory based on the two-form kinetic term. To illustrate the construction of a generalised geometry we explicitly construct the Y-tensor for the group Sp(2n). Furthermore we establish a simplified canonical treatment of the scalar coset constraints, which we illustrate for SL(n)/SO(n). As a preparation to the canonical analysis of the ExFT we calculate the canonical formulation of the manifestly E6(6) invariant ungauged maximal five-dimensional SUGRA theory and carry out a comprehensive canonical analysis including all gauge transformations and the full constraint algebra. We then proceed to work out the canonical formulation of the E6(6) ExFT. We calculate the full ExFT Hamiltonian, most of the canonical (gauge) transformations and parts of the constraint algebra. Moreover we examine how the canonical formulation can be expressed in the generalised vielbein form and we discuss the possible existence of generalised Ashtekar variables.