Holographic Superfluids and Solitons

Superfluidity is perhaps one of the most remarkable observed macroscopic quantum effect. Superfluidity appears when a macroscopic number of particles occupies a single quantum state. Using modern experimental techniques one dark solitons) and vortices. There is a large literature on theoretical work studying the properties of such solitons using semiclassical methods. This thesis describes an alternative method for the study of superfluid solitons. The method used here is a holographic duality between a class of quantum field theories and gravitational theories. The classical limit of the gravitational system maps into a strong coupling limit of the quantum field theory. We use a holographic model of superfluidity to study solitons in these systems. One particularly appealing feature of this technique is that it allows us to take into account finite temperature effects in a large range of temperatures.

Supraneste on makroskooppinen kvanttimekaaninen systeemi, jossa suuri määrä hiukkasia asettuu samalle perustilalle. Tätä perustilaa kuvaa kvanttimekaaninen aaltofunktio, joka kertoo hiukkasten paikan todennäköisyysjakaumasta. Modernein kokeellisin menetelmin supranesteen aaltofuntiota voidaan muokata luoden siihen esimerkiksi seinämäisiä rakenteita tai pyörteitä, joita molempia kutsutaan solitoneiksi. Kiinteän olomuodon fysiikassa kyseisiä solitoneja tutkitaan pääosin käyttäen sellaisia approksimaatioita, jotka toimivat heikosti vuorovaikuttavissa kvanttikenttäteorioissa. Tämä väitöskirja esittelee tutkimusta, jossa supranesteissä olevia solitoneja tutkitaan eräissä vahvasti vuorovaikuttavissa teorioissa. Vahvasti vuorovaikuttavien kvanttikenttäteorioiden tutkimisen mahdollistaa eräs holografinen vastaavuus kvanttikenttäteorioiden ja gravitaatioteorioiden välillä. Vahvojen vuorovaikutusten lisäksi käytetty metodi sallii äärellisen lämpötilan efektien tutkimisen laajalla lämpötilaskaalalla.