Anisotropic singularities in modified gravity models

We show that the common singularities present in generic modified gravity models governed by actions of the type S = integral d(4)x root-gf(R, phi, X). with X = -1/2 g(ab)partial derivative(a)phi partial derivative(b)phi, are essentially the same anisotropic instabilities associated to the hypersurface F(phi) = 0 in the case of a nonminimal coupling of the type F(phi)R, enlightening the physical origin of such singularities that typically arise in rather complex and cumbersome inhomogeneous perturbation analyses. We show, moreover, that such anisotropic instabilities typically give rise to dynamically unavoidable singularities, precluding completely the possibility of having physically viable models for which the hypersurface partial derivative f/partial derivative R = 0 is attained. Some examples are explicitly discussed.

Propriétés géométriques des surfaces associées aux solutions des modèles sigma grassmanniens en deux dimensions

Dans cette thèse, nous analysons les propriétés géométriques des surfaces obtenues des solutions classiques des modèles sigma bosoniques et supersymétriques en deux dimensions ayant pour espace cible des variétés grassmanniennes G(m,n). Plus particulièrement, nous considérons la métrique, les formes fondamentales et la courbure gaussienne induites par ces surfaces naturellement plongées dans l'algèbre de Lie su(n). Le premier chapitre présente des outils préliminaires pour comprendre les éléments des chapitres suivants. Nous y présentons les théories de jauge non-abéliennes et les modèles sigma grassmanniens bosoniques ainsi que supersymétriques. Nous nous intéressons aussi à la construction de surfaces dans l'algèbre de Lie su(n) à partir des solutions des modèles sigma bosoniques. Les trois prochains chapitres, formant cette thèse, présentent les contraintes devant être imposées sur les solutions de ces modèles afin d'obtenir des surfaces à courbure gaussienne constante. Ces contraintes permettent d'obtenir une classification des solutions en fonction des valeurs possibles de la courbure. Les chapitres 2 et 3 de cette thèse présentent une analyse de ces surfaces et de leurs solutions classiques pour les modèles sigma grassmanniens bosoniques. Le quatrième consiste en une analyse analogue pour une extension supersymétrique N=2 des modèles sigma bosoniques G(1,n)=CP^(n-1) incluant quelques résultats sur les modèles grassmanniens. Dans le deuxième chapitre, nous étudions les propriétés géométriques des surfaces associées aux solutions holomorphes des modèles sigma grassmanniens bosoniques. Nous donnons une classification complète de ces solutions à courbure gaussienne constante pour les modèles G(2,n) pour n=3,4,5. De plus, nous établissons deux conjectures sur les valeurs constantes possibles de la courbure gaussienne pour G(m,n). Nous donnons aussi des éléments de preuve de ces conjectures en nous appuyant sur les immersions et les coordonnées de Plücker ainsi que la séquence de Veronese. Ces résultats sont publiés dans la revue Journal of Geometry and Physics. Le troisième chapitre présente une analyse des surfaces à courbure gaussienne constante associées aux solutions non-holomorphes des modèles sigma grassmanniens bosoniques. Ce travail généralise les résultats du premier article et donne un algorithme systématique pour l'obtention de telles surfaces issues des solutions connues des modèles. Ces résultats sont publiés dans la revue Journal of Geometry and Physics. Dans le dernier chapitre, nous considérons une extension supersymétrique N=2 du modèle sigma bosonique ayant pour espace cible G(1,n)=CP^(n-1). Ce chapitre décrit la géométrie des surfaces obtenues des solutions du modèle et démontre, dans le cas holomorphe, qu'elles ont une courbure gaussienne constante si et seulement si la solution holomorphe consiste en une généralisation de la séquence de Veronese. De plus, en utilisant une version invariante de jauge du modèle en termes de projecteurs orthogonaux, nous obtenons des solutions non-holomorphes et étudions la géométrie des surfaces associées à ces nouvelles solutions. Ces résultats sont soumis dans la revue Communications in Mathematical Physics.

Sur une classe de structures kählériennes généralisées toriques

Cette thèse concerne le problème de trouver une notion naturelle de «courbure scalaire» en géométrie kählérienne généralisée. L'approche utilisée consiste à calculer l'application moment pour l'action du groupe des difféomorphismes hamiltoniens sur l'espace des structures kählériennes généralisées de type symplectique. En effet, il est bien connu que l'application moment pour la restriction de cette action aux structures kählériennes s'identifie à la courbure scalaire riemannienne. On se limite à une certaine classe de structure kählériennes généralisées sur les variétés toriques notée $DGK_{\omega}^{\mathbb{T}}(M)$ que l'on reconnaît comme étant classifiées par la donnée d'une matrice antisymétrique $C$ et d'une fonction réelle strictement convexe $\tau$ (ayant un comportement adéquat au voisinage de la frontière du polytope moment). Ce point de vue rend évident le fait que toute structure kählérienne torique peut être déformée en un élément non kählérien de $DGK_{\omega}^{\mathbb{T}}(M)$, et on note que cette déformation à lieu le long d'une des classes que R. Goto a démontré comme étant libre d'obstruction. On identifie des conditions suffisantes sur une paire $(\tau,C)$ pour qu'elle donne lieu à un élément de $DGK_{\omega}^{\mathbb{T}}(M)$ et on montre qu'en dimension 4, ces conditions sont également nécessaires. Suivant l'adage «l'application moment est la courbure» mentionné ci-haut, des formules pour des notions de «courbure scalaire hermitienne généralisée» et de «courbure scalaire riemannienne généralisée» (en dimension 4) sont obtenues en termes de la fonction $\tau$. Enfin, une expression de la courbure scalaire riemannienne généralisée en termes de la structure bihermitienne sous-jacente est dégagée en dimension 4. Lorsque comparée avec le résultat des physiciens Coimbra et al., notre formule suggère un choix canonique pour le dilaton de leur théorie.

Integrating control systems defined on the frame bundles of the space forms

This paper considers left-invariant control systems defined on the orthonormal frame bundles of simply connected manifolds of constant sectional curvature, namely the space forms Euclidean space E-3, the sphere S-3 and Hyperboloid H-3 with the corresponding frame bundles equal to the Euclidean group of motions SE(3), the rotation group SO(4) and the Lorentz group SO(1, 3). Orthonormal frame bundles of space forms coincide with their isometry groups and therefore the focus shifts to left-invariant control systems defined on Lie groups. In this paper a method for integrating these systems is given where the controls are time-independent. In the Euclidean case the elements of the Lie algebra se(3) are often referred to as twists. For constant twist motions, the corresponding curves g(t) is an element of SE(3) are known as screw motions, given in closed form by using the well known Rodrigues' formula. However, this formula is only applicable to the Euclidean case. This paper gives a method for computing the non-Euclidean screw motions in closed form. This involves decoupling the system into two lower dimensional systems using the double cover properties of Lie groups, then the lower dimensional systems are solved explicitly in closed form.

ENERGY OF GLOBAL FRAMES

The energy of a unit vector field X on a closed Riemannian manifold M is defined as the energy of the section into T(1) M determined by X. For odd-dimensional spheres, the energy functional has an infimum for each dimension 2k + 1 which is not attained by any non-singular vector field for k > 1. For k = 1, Hopf vector fields are the unique minima. In this paper we show that for any closed Riemannian manifold, the energy of a frame defined on the manifold, possibly except on a finite subset, admits a lower bound in terms of the total scalar curvature of the manifold. In particular, for odd-dimensional spheres this lower bound is attained by a family of frames defined on the sphere minus one point and consisting of vector fields parallel along geodesics.

A FREE BOUNDARY ISOPERIMETRIC PROBLEM IN HYPERBOLIC 3-SPACE BETWEEN PARALLEL HOROSPHERES

We investigate the isoperimetric problem of finding the regions of prescribed volume with minimal boundary area between two parallel horospheres in hyperbolic 3-space (the part of the boundary contained in the horospheres is not included). We reduce the problem to the study of rotationally invariant regions and obtain the possible isoperimetric solutions by studying the behavior of the profile curves of the rotational surfaces with constant mean curvature in hyperbolic 3-space. We also classify all the connected compact rotational surfaces M of constant mean curvature that are contained in the region between two horospheres, have boundary partial derivative M either empty or lying on the horospheres, and meet the horospheres perpendicularly along their boundary.

O método de Perron : aplicações e extensões

Nesta dissertação apresentamos e desenvolvemos o Método de Perron, fazendo uma aplicação ao ploblema de Dirichlet para a equação das superfícies de curvatura média constante em R3. Apresentamos também uma extensão deste método dentro de EDP's e, por fim, obtemos uma extensão geométrica que se aplica a superfícies ao invés de gráficos. Comentamos a aplicação deste método geométrico á existência de superfícies mínimas tendo como bordo duas curvas convexas em planos paralelos do R3.

Campos de Killing, curvatura média e translações

D. Hoffman, R. Osserman e R. Schoen mostraram que se a aplicação de Gauss de uma superfície orientada completa de curvatura média constante M imersa em R³ está contida em um hemisfério fechado de S² (equivalentemente, a função não muda de sinal em M, onde n é um vetor unitário normal de M e v algum vetor não nulo de R³), então M é invariante por um subgrupo a um parâmetro de translações de R³ (aquele determinado por v). Neste trabalho obtemos uma extensão deste resultado para o caso em que o espaço ambiente é uma variedade riemanniana e M uma hipersuperfície em N requerendo que a função não mude de sinal em M, onde V é um campo de Killing em N. Na parte final deste trabalho consideramos uma variedade riemanniana Killing paralelizável N para definir uma translação Y: M -> Rn de uma hipersuperfície M de N que é uma extensão natural da aplicação de Gauss de uma hipersuperfície de Rn. Considerando as mesmas hipóteses para a imagem de y obtemos uma extensão do resultado original de Hoffman-Osserman-Schoen.

Black string corrections in variable tension braneworld scenarios

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Conformal invariance of massless Duffin-Kemmer-Petiau theory in Riemannian spacetimes

We investigate the conformal invariance of massless Duffin-Kemmer-Petiau theory coupled to Riemannian spacetimes. We show that, as usual, in the minimal coupling procedure only the spin I sector of the theory - which corresponds to the electromagnetic field - is conformally invariant. We also show that the conformal invariance of the spin 0 sector can be naturally achieved by introducing a compensating term in the Lagrangian. Such a procedure - besides not modifying the spin I sector - leads to the well-known conformal coupling between the scalar curvature and the massless Klein-Gordon-Fock field. Going beyond the Riemannian spacetimes, we briefly discuss the effects of a nonvanishing torsion in the scalar case.

Some integrals occurring in a topology change problem

In a paper presented a few years ago, de Lorenci et al. showed, in the context of canonical quantum cosmology, a model which allowed space topology changes. The purpose of this present work is to go a step further in that model, by performing some calculations only estimated there for several compact manifolds of constant negative curvature, such as the Weeks and Thurston spaces and the icosahedral hyperbolic space (Best space). ©2000 The American Physical Society.

Buracos sônicos em superfícies esféricas

Pós-graduação em Física - IFT

Fluxo do grupo de renormalização dos modelos-'alfa' e as álgebras de Lie contínuas

Pós-graduação em Física - IFT

Heisenberg symmetry and hypermultiplet manifolds

We study the emergence of Heisenberg (Bianchi II) algebra in hyper-Kähler and quaternionic spaces. This is motivated by the rôle these spaces with this symmetry play in N = 2 hypermultiplet scalar manifolds. We show how to construct related pairs of hyper-Kähler and quaternionic spaces under general symmetry assumptions, the former being a zooming-in limit of the latter at vanishing scalar curvature. We further apply this method for the two hyper-Kähler spaces with Heisenberg algebra, which is reduced to U (1) × U (1) at the quaternionic level. We also show that no quaternionic spaces exist with a strict Heisenberg symmetry – as opposed to Heisenberg U (1). We finally discuss the realization of the latter by gauging appropriate Sp(2, 4) generators in N = 2 conformal supergravity.

Teoremas de tipo Hilbert e Liebmann para superfícies em S² x R e H² x R

Neste trabalho será demonstrada uma versão dos teoremas de Hilbert Liebmann para superfícies em S² x R e H² x R, que são teoremas de existência e unicidade de superfícies completas com curvatura Gaussiana constante nesses ambientes. Como parte da demonstração, a saber a existência, será apresentada uma classificação das superfícies de revolução completas com curvatura Gaussiana constante em torno de um eixo qualquer, em S² x R e em torno de um eixo lorentziano, em H² x R.