Equivalence of quantum field theories related by the θ-exact Seiberg-Witten map

The equivalence of the noncommutative U(N) quantum field theories related by the θ-exact Seiberg-Witten maps is, in this paper, proven to all orders in the perturbation theory with respect to the coupling constant. We show that this holds for super Yang-Mills theories with N=0, 1, 2, 4 supersymmetry. A direct check of this equivalence relation is performed by computing the one-loop quantum corrections to the quadratic part of the effective action in the noncommutative U(1) gauge theory with N=0, 1, 2, 4 supersymmetry.

Effective field theories and their phenomenological applications

Effective field theories (EFTs) are ubiquitous in theoretical physics and in particular in field theory descriptions of quantum systems probed at energies much lower than one or few characterizing scales. More recently, EFTs have gained a prominent role in the study of fundamental interactions and in particular in the parametriasation of new physics beyond the Standard Model, which would occur at scales Λ, much larger than the electroweak scale. In this thesis, EFTs are employed to study three different physics cases. First, we consider light-by-light scattering as a possible probe of new physics. At low energies it can be described by dimension-8 operators, leading to the well-known Euler-Heisenberg Lagrangian. We consider the explicit dependence of matching coefficients on type of particle running in the loop, confirming the sensitiveness to the spin, mass, and interactions of possibly new particles. Second, we consider EFTs to describe Dark Matter (DM) interactions with SM particles. We consider a phenomenologically motivated case, i.e., a new fermion state that couples to the Hypercharge through a form factor and has no interactions with photons and the Z boson. Results from direct, indirect and collider searches for DM are used to constrain the parameter space of the model. Third, we consider EFTs that describe axion-like particles (ALPs), whose phenomenology is inspired by the Peccei-Quinn solution to strong CP problem. ALPs generically couple to ordinary matter through dimension-5 operators. In our case study, we investigate the rather unique phenomenological implications of ALPs with enhanced couplings to the top quark.

What is the Jacobian of a Riemann surface with boundary?

We define the Jacobian of a Riemann surface with analytically parametrized boundary components. These Jacobians belong to a moduli space of "open abelian varieties" which satisfies gluing axioms similar to those of Riemann surfaces, and therefore allows a notion of "conformal field theory" to be defined on this space. We further prove that chiral conformal field theories corresponding to even lattices factor through this moduli space of open abelian varieties.

La structure de Jordan des matrices de transfert des modèles de boucles et la relation avec les hamiltoniens XXZ

Les modèles sur réseau comme ceux de la percolation, d’Ising et de Potts servent à décrire les transitions de phase en deux dimensions. La recherche de leur solution analytique passe par le calcul de la fonction de partition et la diagonalisation de matrices de transfert. Au point critique, ces modèles statistiques bidimensionnels sont invariants sous les transformations conformes et la construction de théories des champs conformes rationnelles, limites continues des modèles statistiques, permet un calcul de la fonction de partition au point critique. Plusieurs chercheurs pensent cependant que le paradigme des théories des champs conformes rationnelles peut être élargi pour inclure les modèles statistiques avec des matrices de transfert non diagonalisables. Ces modèles seraient alors décrits, dans la limite d’échelle, par des théories des champs logarithmiques et les représentations de l’algèbre de Virasoro intervenant dans la description des observables physiques seraient indécomposables. La matrice de transfert de boucles D_N(λ, u), un élément de l’algèbre de Temperley- Lieb, se manifeste dans les théories physiques à l’aide des représentations de connectivités ρ (link modules). L’espace vectoriel sur lequel agit cette représentation se décompose en secteurs étiquetés par un paramètre physique, le nombre d de défauts. L’action de cette représentation ne peut que diminuer ce nombre ou le laisser constant. La thèse est consacrée à l’identification de la structure de Jordan de D_N(λ, u) dans ces représentations. Le paramètre β = 2 cos λ = −(q + 1/q) fixe la théorie : β = 1 pour la percolation et √2 pour le modèle d’Ising, par exemple. Sur la géométrie du ruban, nous montrons que D_N(λ, u) possède les mêmes blocs de Jordan que F_N, son plus haut coefficient de Fourier. Nous étudions la non diagonalisabilité de F_N à l’aide des divergences de certaines composantes de ses vecteurs propres, qui apparaissent aux valeurs critiques de λ. Nous prouvons dans ρ(D_N(λ, u)) l’existence de cellules de Jordan intersectorielles, de rang 2 et couplant des secteurs d, d′ lorsque certaines contraintes sur λ, d, d′ et N sont satisfaites. Pour le modèle de polymères denses critique (β = 0) sur le ruban, les valeurs propres de ρ(D_N(λ, u)) étaient connues, mais les dégénérescences conjecturées. En construisant un isomorphisme entre les modules de connectivités et un sous-espace des modules de spins du modèle XXZ en q = i, nous prouvons cette conjecture. Nous montrons aussi que la restriction de l’hamiltonien de boucles à un secteur donné est diagonalisable et trouvons la forme de Jordan exacte de l’hamiltonien XX, non triviale pour N pair seulement. Enfin nous étudions la structure de Jordan de la matrice de transfert T_N(λ, ν) pour des conditions aux frontières périodiques. La matrice T_N(λ, ν) a des blocs de Jordan intrasectoriels et intersectoriels lorsque λ = πa/b, et a, b ∈ Z×. L’approche par F_N admet une généralisation qui permet de diagnostiquer des cellules intersectorielles dont le rang excède 2 dans certains cas et peut croître indéfiniment avec N. Pour les blocs de Jordan intrasectoriels, nous montrons que les représentations de connectivités sur le cylindre et celles du modèle XXZ sont isomorphes sauf pour certaines valeurs précises de q et du paramètre de torsion v. En utilisant le comportement de la transformation i_N^d dans un voisinage des valeurs critiques (q_c, v_c), nous construisons explicitement des vecteurs généralisés de Jordan de rang 2 et discutons l’existence de blocs de Jordan intrasectoriels de plus haut rang.

Exposants géométriques des modèles de boucles dilués et idempotents des TL-modules de la chaîne de spins XXZ

Cette thèse porte sur les phénomènes critiques survenant dans les modèles bidimensionnels sur réseau. Les résultats sont l'objet de deux articles : le premier porte sur la mesure d'exposants critiques décrivant des objets géométriques du réseau et, le second, sur la construction d'idempotents projetant sur des modules indécomposables de l'algèbre de Temperley-Lieb pour la chaîne de spins XXZ. Le premier article présente des expériences numériques Monte Carlo effectuées pour une famille de modèles de boucles en phase diluée. Baptisés "dilute loop models (DLM)", ceux-ci sont inspirés du modèle O(n) introduit par Nienhuis (1990). La famille est étiquetée par les entiers relativement premiers p et p' ainsi que par un paramètre d'anisotropie. Dans la limite thermodynamique, il est pressenti que le modèle DLM(p,p') soit décrit par une théorie logarithmique des champs conformes de charge centrale c(\kappa)=13-6(\kappa+1/\kappa), où \kappa=p/p' est lié à la fugacité du gaz de boucles \beta=-2\cos\pi/\kappa, pour toute valeur du paramètre d'anisotropie. Les mesures portent sur les exposants critiques représentant la loi d'échelle des objets géométriques suivants : l'interface, le périmètre externe et les liens rouges. L'algorithme Metropolis-Hastings employé, pour lequel nous avons introduit de nombreuses améliorations spécifiques aux modèles dilués, est détaillé. Un traitement statistique rigoureux des données permet des extrapolations coïncidant avec les prédictions théoriques à trois ou quatre chiffres significatifs, malgré des courbes d'extrapolation aux pentes abruptes. Le deuxième article porte sur la décomposition de l'espace de Hilbert \otimes^nC^2 sur lequel la chaîne XXZ de n spins 1/2 agit. La version étudiée ici (Pasquier et Saleur (1990)) est décrite par un hamiltonien H_{XXZ}(q) dépendant d'un paramètre q\in C^\times et s'exprimant comme une somme d'éléments de l'algèbre de Temperley-Lieb TL_n(q). Comme pour les modèles dilués, le spectre de la limite continue de H_{XXZ}(q) semble relié aux théories des champs conformes, le paramètre q déterminant la charge centrale. Les idempotents primitifs de End_{TL_n}\otimes^nC^2 sont obtenus, pour tout q, en termes d'éléments de l'algèbre quantique U_qsl_2 (ou d'une extension) par la dualité de Schur-Weyl quantique. Ces idempotents permettent de construire explicitement les TL_n-modules indécomposables de \otimes^nC^2. Ceux-ci sont tous irréductibles, sauf si q est une racine de l'unité. Cette exception est traitée séparément du cas où q est générique. Les problèmes résolus par ces articles nécessitent une grande variété de résultats et d'outils. Pour cette raison, la thèse comporte plusieurs chapitres préparatoires. Sa structure est la suivante. Le premier chapitre introduit certains concepts communs aux deux articles, notamment une description des phénomènes critiques et de la théorie des champs conformes. Le deuxième chapitre aborde brièvement la question des champs logarithmiques, l'évolution de Schramm-Loewner ainsi que l'algorithme de Metropolis-Hastings. Ces sujets sont nécessaires à la lecture de l'article "Geometric Exponents of Dilute Loop Models" au chapitre 3. Le quatrième chapitre présente les outils algébriques utilisés dans le deuxième article, "The idempotents of the TL_n-module \otimes^nC^2 in terms of elements of U_qsl_2", constituant le chapitre 5. La thèse conclut par un résumé des résultats importants et la proposition d'avenues de recherche qui en découlent.

Black hole partition function using the hybrid formalism of superstrings

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

N=1 SUSY backgrounds with an AdS factor from non-Abelian T duality

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Some aspects of abelian and nonabelian T-duality and the gauge/gravity correspondence

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

On the CFT operator spectrum at large global charge

We calculate the anomalous dimensions of operators with large global charge J in certain strongly coupled conformal field theories in three dimensions, such as the O(2) model and the supersymmetric fixed point with a single chiral superfield and a W = Φ3 superpotential. Working in a 1/J expansion, we find that the large-J sector of both examples is controlled by a conformally invariant effective Lagrangian for a Goldstone boson of the global symmetry. For both these theories, we find that the lowest state with charge J is always a scalar operator whose dimension ΔJ satisfies the sum rule J2ΔJ−(J22+J4+316)ΔJ−1−(J22+J4+316)ΔJ+1=0.04067 up to corrections that vanish at large J . The spectrum of low-lying excited states is also calculable explcitly: for example, the second-lowest primary operator has spin two and dimension ΔJ+3√. In the supersymmetric case, the dimensions of all half-integer-spin operators lie above the dimensions of the integer-spin operators by a gap of order J+12. The propagation speeds of the Goldstone waves and heavy fermions are 12√ and ±12 times the speed of light, respectively. These values, including the negative one, are necessary for the consistent realization of the superconformal symmetry at large J.

The D(D-3)-anyon chain: integrable boundary conditions and excitation spectra

Chains of interacting non-Abelian anyons with local interactions invariant under the action of the Drinfeld double of the dihedral group D-3 are constructed. Formulated as a spin chain the Hamiltonians are generated from commuting transfer matrices of an integrable vertex model for periodic and braided as well as open boundaries. A different anyonic model with the same local Hamiltonian is obtained within the fusion path formulation. This model is shown to be related to an integrable fusion interaction round the face model. Bulk and surface properties of the anyon chain are computed from the Bethe equations for the spin chain. The low-energy effective theories and operator content of the models (in both the spin chain and fusion path formulation) are identified from analytical and numerical studies of the finite-size spectra. For all boundary conditions considered the continuum theory is found to be a product of two conformal field theories. Depending on the coupling constants the factors can be a Z(4) parafermion or a M-(5,M-6) minimal model.

Generalized hydrodynamics of a (1+1)-dimensional integrable scattering theory with roaming trajectories

The emergence of hydrodynamic features in off-equilibrium (1 + 1)-dimensional integrable quantum systems has been the object of increasing attention in recent years. In this Master Thesis, we combine Thermodynamic Bethe Ansatz (TBA) techniques for finite-temperature quantum field theories with the Generalized Hydrodynamics (GHD) picture to provide a theoretical and numerical analysis of Zamolodchikov’s staircase model both at thermal equilibrium and in inhomogeneous generalized Gibbs ensembles. The staircase model is a diagonal (1 + 1)-dimensional integrable scattering theory with the remarkable property of roaming between infinitely many critical points when moving along a renormalization group trajectory. Namely, the finite-temperature dimensionless ground-state energy of the system approaches the central charges of all the minimal unitary conformal field theories (CFTs) M_p as the temperature varies. Within the GHD framework we develop a detailed study of the staircase model’s hydrodynamics and compare its quite surprising features to those displayed by a class of non-diagonal massless models flowing between adjacent points in the M_p series. Finally, employing both TBA and GHD techniques, we generalize to higher-spin local and quasi-local conserved charges the results obtained by B. Doyon and D. Bernard [1] for the steady-state energy current in off-equilibrium conformal field theories.

D-String on near horizon geometries and infinite conformal symmetry

We show that the symmetries of effective D-string actions in constant dilaton backgrounds are directly related to homothetic motions of the background metric. In the presence of such motions, there are infinitely many nonlinearly realized rigid symmetries forming a loop (or looplike) algebra. Near horizon (antideSitter) D3 and D1+D5 backgrounds are discussed in detail and shown to provide 2D interacting field theories with infinite conformal symmetry.

Integrability and conformal symmetry in higher dimensions: A model with exact hopfion solutions

We use ideas on integrability in higher dimensions to define Lorentz invariant field theories with an infinite number of local conserved currents. The models considered have a two-dimensional target space. Requiring the existence of lagrangean and the stability of static solutions singles out a class of models which have an additional conformal symmetry. That is used to explain the existence of an ansatz leading to solutions with non-trivial Hopf charges. © SISSA/ISAS 2002.

Higher grading conformal affine Toda theory and (generalized) sine-Gordon/massive Thirring duality

Some properties of the higher grading integrable generalizations of the conformal affine Toda systems are studied. The fields associated to the non-zero grade generators are Dirac spinors. The effective action is written in terms of the Wess-Zumino-Novikov-Witten (WZNW) action associated to an affine Lie algebra, and an off-critical theory is obtained as the result of the spontaneous breakdown of the conformal symmetry. Moreover, the off-critical theory presents a remarkable equivalence between the Noether and topological currents of the model. Related to the off-critical model we define a real and local lagrangian provided some reality conditions are imposed on the fields of the model. This real action model is expected to describe the soliton sector of the original model, and turns out to be the master action from which we uncover the weak-strong phases described by (generalized) massive Thirring and sine-Gordon type models, respectively. The case of any (untwisted) affine Lie algebra furnished with the principal gradation is studied in some detail. The example of s^l(n) (n = 2, 3) is presented explicitly. © SISSA/ISAS 2003.

One-loop conformal invariance of the type II pure spinor superstring in a curved background

We compute the one-loop beta functions for the Type II superstring using the pure spinor formalism in a generic supergravity background. It is known that the classical pure spinor BRST symmetry puts the background fields on-shell. In this paper we show that the one-loop beta functions vanish as a consequence of the classical BRST symmetry of the action. © SISSA 2007.