L-2-Kohomologie von Calabi-Yau-Familien über Kurven

Ist $f: X \to S$ eine glatte Familie von Calabi-Yau-Mannigfaltigkeiten der Dimension $m$ über einer quasiprojektiven Kurve, so trägt nach einem Resultat von Zucker die erste $L^2$-Kohomologiegruppe $H^1_{(2)}(S, R^m f_* \mathbb{C}_X)$ eine reine Hodgestruktur vom Gewicht $m+1$. In dieser Arbeit berechnen wir die Hodgezahlen solcher Hodgestrukturen für $m= 1, 2, 3$ und verallgemeinern dabei Formeln aus einem Artikel von del Angel, Müller-Stach, van Straten und Zuo auf den Fall, in dem die lokalen Monodromiematrizen bei Unendlich nicht unipotent, sondern echt quasi-unipotent sind. Wir verwenden dazu den $L^2$-Higgs-Komplex nach Jost, Yang und Zuo. Für Familien von Kurven führt dies auf eine bereits bekannte Formel von Cox und Zucker. Schließlich wenden wir die Ergebnisse im Fall $m=3$ auf 14 Familien von Calabi-Yau-Mannigfaltigkeiten an, die eine Rolle in der Spiegelsymmetrie spielen, sowie auf eine von Rohde konstruierte Familie ohne Punkte mit maximal unipotenter Monodromie.

Frobenius polynomials for Calabi-Yau equations

Sei $\pi:X\rightarrow S$ eine \"uber $\Z$ definierte Familie von Calabi-Yau Varietaten der Dimension drei. Es existiere ein unter dem Gauss-Manin Zusammenhang invarianter Untermodul $M\subset H^3_{DR}(X/S)$ von Rang vier, sodass der Picard-Fuchs Operator $P$ auf $M$ ein sogenannter {\em Calabi-Yau } Operator von Ordnung vier ist. Sei $k$ ein endlicher K\"orper der Charaktetristik $p$, und sei $\pi_0:X_0\rightarrow S_0$ die Reduktion von $\pi$ \uber $k$. F\ur die gew\ohnlichen (ordinary) Fasern $X_{t_0}$ der Familie leiten wir eine explizite Formel zur Berechnung des charakteristischen Polynoms des Frobeniusendomorphismus, des {\em Frobeniuspolynoms}, auf dem korrespondierenden Untermodul $M_{cris}\subset H^3_{cris}(X_{t_0})$ her. Sei nun $f_0(z)$ die Potenzreihenl\osung der Differentialgleichung $Pf=0$ in einer Umgebung der Null. Da eine reziproke Nullstelle des Frobeniuspolynoms in einem Teichm\uller-Punkt $t$ durch $f_0(z)/f_0(z^p)|_{z=t}$ gegeben ist, ist ein entscheidender Schritt in der Berechnung des Frobeniuspolynoms die Konstruktion einer $p-$adischen analytischen Fortsetzung des Quotienten $f_0(z)/f_0(z^p)$ auf den Rand des $p-$adischen Einheitskreises. Kann man die Koeffizienten von $f_0$ mithilfe der konstanten Terme in den Potenzen eines Laurent-Polynoms, dessen Newton-Polyeder den Ursprung als einzigen inneren Gitterpunkt enth\alt, ausdr\ucken,so beweisen wir gewisse Kongruenz-Eigenschaften unter den Koeffizienten von $f_0$. Diese sind entscheidend bei der Konstruktion der analytischen Fortsetzung. Enth\alt die Faser $X_{t_0}$ einen gew\ohnlichen Doppelpunkt, so erwarten wir im Grenz\ubergang, dass das Frobeniuspolynom in zwei Faktoren von Grad eins und einen Faktor von Grad zwei zerf\allt. Der Faktor von Grad zwei ist dabei durch einen Koeffizienten $a_p$ eindeutig bestimmt. Durchl\auft nun $p$ die Menge aller Primzahlen, so erwarten wir aufgrund des Modularit\atssatzes, dass es eine Modulform von Gewicht vier gibt, deren Koeffizienten durch die Koeffizienten $a_p$ gegeben sind. Diese Erwartung hat sich durch unsere umfangreichen Rechnungen best\atigt. Dar\uberhinaus leiten wir weitere Formeln zur Bestimmung des Frobeniuspolynoms her, in welchen auch die nicht-holomorphen L\osungen der Gleichung $Pf=0$ in einer Umgebung der Null eine Rolle spielen.

On differential operators of Calabi-Yau type

This thesis is devoted to the study of Picard-Fuchs operators associated to one-parameter families of $n$-dimensional Calabi-Yau manifolds whose solutions are integrals of $(n,0)$-forms over locally constant $n$-cycles. Assuming additional conditions on these families, we describe algebraic properties of these operators which leads to the purely algebraic notion of operators of CY-type. rnMoreover, we present an explicit way to construct CY-type operators which have a linearly rigid monodromy tuple. Therefore, we first usernthe translation of the existence algorithm by N. Katz for rigid local systems to the level of tuples of matrices which was established by M. Dettweiler and S. Reiter. An appropriate translation to the level of differential operators yields families which contain operators of CY-type. rnConsidering additional operations, we are also able to construct special CY-type operators of degree four which have a non-linearly rigid monodromy tuple. This provides both previously known and new examples.

Supersymmetry breaking effects using the pure spinor formalism of the superstring

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Monodromy calculations for some differential equations

In vielen Teilgebieten der Mathematik ist es w"{u}nschenswert, die Monodromiegruppe einer homogenen linearen Differenzialgleichung zu verstehen. Es sind nur wenige analytische Methoden zur Berechnung dieser Gruppe bekannt, daher entwickeln wir im ersten Teil dieser Arbeit eine numerische Methode zur Approximation ihrer Erzeuger.rnIm zweiten Abschnitt fassen wir die Grundlagen der Theorie der Uniformisierung Riemannscher Fl"achen und die der arithmetischen Fuchsschen Gruppen zusammen. Auss erdem erkl"aren wir, wie unsere numerische Methode bei der Bestimmung von uniformisierenden Differenzialgleichungen dienlich sein kann. F"ur arithmetische Fuchssche Gruppen mit zwei Erzeugern erhalten wir lokale Daten und freie Parameter von Lam'{e} Gleichungen, welche die zugeh"origen Riemannschen Fl"achen uniformisieren. rnIm dritten Teil geben wir einen kurzen Abriss zur homologischen Spiegelsymmetrie und f"uhren die $widehat{Gamma}$-Klasse ein. Wir erkl"aren wie diese genutzt werden kann, um eine Hodge-theoretische Version der Spiegelsymmetrie f"ur torische Varit"aten zu beweisen. Daraus gewinnen wir Vermutungen "uber die Monodromiegruppe $M$ von Picard-Fuchs Gleichungen von gewissen Familien $f:mathcal{X}rightarrow bbp^1$ von $n$-dimensionalen Calabi-Yau Variet"aten. Diese besagen erstens, dass bez"uglich einer nat"urlichen Basis die Monodromiematrizen in $M$ Eintr"age aus dem K"orper $bbq(zeta(2j+1)/(2 pi i)^{2j+1},j=1,ldots,lfloor (n-1)/2 rfloor)$ haben. Und zweitens, dass sich topologische Invarianten des Spiegelpartners einer generischen Faser von $f:mathcal{X}rightarrow bbp^1$ aus einem speziellen Element von $M$ rekonstruieren lassen. Schliess lich benutzen wir die im ersten Teil entwickelten Methoden zur Verifizierung dieser Vermutungen, vornehmlich in Hinblick auf Dimension drei. Dar"uber hinaus erstellen wir eine Liste von Kandidaten topologischer Invarianten von vermutlich existierenden dreidimensionalen Calabi-Yau Variet"aten mit $h^{1,1}=1$.

Calibrated embeddings in the special Lagrangian and coassociative cases

Every closed, oriented, real analytic Riemannian 3-manifold can be isometrically embedded as a special Lagrangian submanifold of a Calabi-Yau 3-fold, even as the real locus of an antiholomorphic, isometric involution. Every closed, oriented, real analytic Riemannian 4-manifold whose bundle of self-dual 2-forms is trivial can be isometrically embedded as a coassociative submanifold in a G_2-manifold, even as the fixed locus of an anti-G_2 involution. These results, when coupled with McLean's analysis of the moduli spaces of such calibrated submanifolds, yield a plentiful supply of examples of compact calibrated submanifolds with nontrivial deformation spaces.

Aspects géométriques et intégrables des modèles de matrices aléatoires

Travail réalisé en cotutelle avec l'université Paris-Diderot et le Commissariat à l'Energie Atomique sous la direction de John Harnad et Bertrand Eynard.

Superstrings in 2D backgrounds with R-R flux and new extremal black holes

The hybrid formalism is used to quantize the superstring compactified to two-dimensional target-space in a manifestly spacetime supersymmetric manner. A quantizable sigma model action is then constructed for the type II superstring in curved two-dimensional supergravity backgrounds which can include Ramond-Ramond flux. Such curved backgrounds include Calabi-Yau fourfold compactifications with Ramond-Ramond flux, and new extremal black hole solutions in two-dimensional dilaton supergravity theory. These black hole solutions are a natural generalization of the CGHS model and might be possible to describe using a supergroup version of the SL(2, R)/U(1) WZW model. We also study some dynamical aspects of the new black holes, such as formation and evaporation. (C) 2001 Published by Elsevier B.V. B.V.

Black hole partition function using the hybrid formalism of superstrings

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

A dictionary of modular threefolds

The thesis deals with the modularity conjecture for three-dimensional Calabi-Yau varieties. This is a generalization of the work of A. Wiles and others on modularity of elliptic curves. Modularity connects the number of points on varieties with coefficients of certain modular forms. In chapter 1 we collect the basics on arithmetic on Calabi-Yau manifolds, including general modularity results and strategies for modularity proofs. In chapters 2, 3, 4 and 5 we investigate examples of modular Calabi-Yau threefolds, including all examples occurring in the literature and many new ones. Double octics, i.e. Double coverings of projective 3-space branched along an octic surface, are studied in detail. In chapter 6 we deal with examples connected with the same modular forms. According to the Tate conjecture there should be correspondences between them. Many correspondences are constructed explicitly. We finish by formulating conjectures on the occurring newforms, especially their levels. In the appendices we compile tables of coefficients of weight 2 and weight 4 newforms and many examples of double octics.

Moduli stabilisation and soft supersymmetry breaking in string compactifications

In this thesis, we shall work in the framework of type IIB Calabi-Yau flux compactifications and present a detailed review of moduli stabilisation studying in particular the phenomenological implications of the LARGE-volume scenario (LVS). All the physical relevant quantities such as moduli masses and soft-terms, are computed and compared to the phenomenological constraints that today guide the research. The structure of this thesis is the following. The first chapter introduces the reader to the fundamental concepts that are essentially supersymmetry-breaking, supergravity and string moduli, which represent the basic framework of our discussion. In the second chapter we focus our attention on the subject of moduli stabilisation. Starting from the structure of the supergravity scalar potential, we point out the main features of moduli dynamics, we analyse the KKLT and LARGE-volume scenario and we compute moduli masses and couplings to photons which play an important role in the early-universe evolution since they are strictly related to the decay rate of moduli particles. The third chapter is then dedicated to the calculation of soft-terms, which arise dynamically from gravitational interactions when moduli acquire a non-zero vacuum expectation value (VeV). In the last chapter, finally, we summarize and discuss our results, underling their phenomenological aspects. Moreover, in the last section we analyse the implications of the outcomes for standard cosmology, with particular interest in the cosmological moduli problem.

Some examples of special Lagrangian tori

A short paper giving some examples of smooth hypersurfaces M of degree n+1 in complex projective n-space that are defined by real polynomial equations and whose real slice contains a component diffeomorphic to an n-1 torus, which is then special Lagrangian with respect to the Calabi-Yau metric on M.

Three dimensional Sklyanin algebras and Gröbner bases

We consider Sklyanin algebras $S$ with 3 generators, which are quadratic algebras over a field $\K$ with $3$ generators $x,y,z$ given by $3$ relations $pxy+qyx+rzz=0$, $pyz+qzy+rxx=0$ and $pzx+qxz+ryy=0$, where $p,q,r\in\K$. this class of algebras has enjoyed much attention. In particular, using tools from algebraic geometry, Feigin, Odesskii \cite{odf}, and Artin, Tate and Van Den Bergh, showed that if at least two of the parameters $p$, $q$ and $r$ are non-zero and at least two of three numbers $p^3$, $q^3$ and $r^3$ are distinct, then $S$ is Artin--Schelter regular. More specifically, $S$ is Koszul and has the same Hilbert series as the algebra of commutative polynomials in 3 indeterminates (PHS). It has became commonly accepted that it is impossible to achieve the same objective by purely algebraic and combinatorial means like the Groebner basis technique. The main purpose of this paper is to trace the combinatorial meaning of the properties of Sklyanin algebras, such as Koszulity, PBW, PHS, Calabi-Yau, and to give a new constructive proof of the above facts due to Artin, Tate and Van Den Bergh. Further, we study a wider class of Sklyanin algebras, namely
the situation when all parameters of relations could be different. We call them generalized Sklyanin algebras. We classify up to isomorphism all generalized Sklyanin algebras with the same Hilbert series as commutative polynomials on
3 variables. We show that generalized Sklyanin algebras in general position have a Golod–Shafarevich Hilbert series (with exception of the case of field with two elements).

Sasakian quiver gauge theories and instantons on cones over lens 5-spaces

We consider SU(3)-equivariant dimensional reduction of Yang Mills theory over certain cyclic orbifolds of the 5-sphere which are Sasaki-Einstein manifolds. We obtain new quiver gauge theories extending those induced via reduction over the leaf spaces of the characteristic foliation of the Sasaki-Einstein structure, which are projective planes. We describe the Higgs branches of these quiver gauge theories as moduli spaces of spherically symmetric instantons which are SU(3)-equivariant solutions to the Hermitian Yang-Mills equations on the associated Calabi-Yau cones, and further compare them to moduli spaces of translationally-invariant instantons on the cones. We provide an explicit unified construction of these moduli spaces as Kahler quotients and show that they have the same cyclic orbifold singularities as the cones over the lens 5-spaces. (C) 2015 The Authors. Published by Elsevier B.V.