Charged AdS black holes and catastrophic holography

We compute the properties of a class of charged black holes in antide Sitter space-time, in diverse dimensions. These black holes are solutions of consistent Einstein-Maxwell truncations of gauged supergravities, which are shown to arise from the inclusion of rotation in the transverse space. We uncover rich thermodynamic phase structures for these systems, which display classic critical phenomena, including structures isomorphic to the van der WaalsMaxwell liquid-gas system. In that case, the phases are controlled by the universal cusp and swallowtail shapes familiar from catastrophe theory. All of the thermodynamics is consistent with field theory interpretations via holography, where the dual field theories can sometimes be found on the world volumes of coincident rotating branes.

Holography, thermodynamics and fluctuations of charged AdS black holes

rg model with A3 potential. The holographically dual field theories provide the description of the microscopic degrees of freedom which underlie all of the thermodynamics, as can be seen by examining the form of the microscopic fluctuations.

Exact gravitational shockwaves and Planckian scattering on branes

We obtain a solution describing a gravitational shock wave propagating along a Randall-Sundrum brane. The interest of such a solution is twofold: on the one hand, it is the first exact solution for a localized source on a Randall-Sundrum three-brane. On the other hand, one can use it to study forward scattering at Planckian energies, including the effects of the continuum of Kaluza-Klein modes. We map out the different regimes for the scattering obtained by varying the center-of-mass energy and the impact parameter. We also discuss exact shock waves in ADD scenarios with compact extra dimensions.

Cosmic rays as probes of large extra dimensions and TeV gravity

If there are large extra dimensions and the fundamental Planck scale is at the TeV scale, then the question arises of whether ultrahigh energy cosmic rays might probe them. We study the neutrino-nucleon cross section in these models. The elastic forward scattering is analyzed in some detail, hoping to clarify earlier discussions. We also estimate the black hole production rate. We study energy loss from graviton mediated interactions and conclude that they cannot explain the cosmic ray events above the GZK energy limit. However, these interactions could start horizontal air showers with characteristic profile and at a rate higher than in the standard model.

Generalized Weyl solutions

It was shown by Weyl that the general static axisymmetric solution of the vacuum Einstein equations in four dimensions is given in terms of a single axisymmetric solution of the Laplace equation in three-dimensional flat space. Weyls construction is generalized here to arbitrary dimension D>~4. The general solution of the D-dimensional vacuum Einstein equations that admits D-2 orthogonal commuting non-null Killing vector fields is given either in terms of D-3 independent axisymmetric solutions of Laplaces equation in three-dimensional flat space or by D-4 independent solutions of Laplaces equation in two-dimensional flat space. Explicit examples of new solutions are given. These include a five-dimensional asymptotically flat black ring with an event horizon of topology S1S2 held in equilibrium by a conical singularity in the form of a disk.

Cosmic strings in extra dimensions

The Einstein equations coupled with a cloud of geometric strings for a five-dimensional Bianchi type-I cosmological model are studied. The cosmological consequences of having strings along the fifth dimension are examined. Particular solutions with dynamical compactifications of the extra dimensions and compatibility with expanding three-dimensional spaces are presented.

Coisotropic regularization of singular Lagrangians

We present an alternative approach to the usual treatments of singular Lagrangians. It is based on a Hamiltonian regularization scheme inspired on the coisotropic embedding of presymplectic systems. A Lagrangian regularization of a singular Lagrangian is a regular Lagrangian defined on an extended velocity phase space that reproduces the original theory when restricted to the initial configuration space. A Lagrangian regularization does not always exists, but a family of singular Lagrangians is studied for which such a regularization can be described explicitly. These regularizations turn out to be essentially unique and provide an alternative setting to quantize the corresponding physical systems. These ideas can be applied both in classical mechanics and field theories. Several examples are discussed in detail. 1995 American Institute of Physics.

On Topological Solitons in The Faddeev-Skyrme Model and its Extensions

The topological solitons of two classical field theories, the Faddeev-Skyrme model and the Ginzburg-Landau model are studied numerically and analytically in this work. The aim is to gain information on the existence and properties of these topological solitons, their structure and behaviour under relaxation. First, the conditions and mechanisms leading to the possibility of topological solitons are explored from the field theoretical point of view. This leads one to consider continuous deformations of the solutions of the equations of motion. The results of algebraic topology necessary for the systematic treatment of such deformations are reviewed and methods of determining the homotopy classes of topological solitons are presented. The Faddeev-Skyrme and Ginzburg-Landau models are presented, some earlier results reviewed and the numerical methods used in this work are described. The topological solitons of the Faddeev-Skyrme model, Hopfions, are found to follow the same mechanisms of relaxation in three different domains with three different topological classifications. For two of the domains, the necessary but unusual topological classification is presented. Finite size topological solitons are not found in the Ginzburg-Landau model and a scaling argument is used to suggest that there are indeed none unless a certain modification to the model, due to R. S. Ward, is made. In that case, the Hopfions of the Faddeev-Skyrme model are seen to be present for some parameter values. A boundary in the parameter space separating the region where the Hopfions exist and the area where they do not exist is found and the behaviour of the Hopfion energy on this boundary is studied.

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.

Geometric Algebra and Einstein’s Electron

This thesis entitled Geometric algebra and einsteins electron: Deterministic field theories .The work in this thesis clarifies an important part of Koga’s theory.Koga also developed a theory of the electron incorporating its gravitational field, using his substitutes for Einstein’s equation.The third chapter deals with the application of geometric algebra to Koga’s approach of the Dirac equation. In chapter 4 we study some aspects of the work of mendel sachs (35,36,37,).Sachs stated aim is to show how quantum mechanics is a limiting case of a general relativistic unified field theory.Chapter 5 contains a critical study and comparison of the work of Koga and Sachs. In particular, we conclude that the incorporation of Mach’s principle is not necessary in Sachs’s treatment of the Dirac equation.

Instabilities in thermal gravity with a cosmological constant

It is shown that in quantum gravity at finite temperature, the effective potential evaluated in the tadpole approximation can have a local minimum below a certain critical temperature. However, when the leading higher order thermal loop corrections are included, one finds that no static solution exists at high temperature. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Topological interactions in warped extra dimensions

Topological interactions will be generated in theories with compact extra dimensions where fermionic chiral zero modes have different localizations. This is the case in many warped extra dimension models where the right-handed top quark is typically localized away from the left-handed one. Using deconstruction techniques, we study the topological interactions in these models. These interactions appear as trilinear and quadrilinear gauge boson couplings in low energy effective theories with three or more sites, as well as in the continuum limit. We derive the form of these interactions for various cases, including examples of Abelian, non-Abelian and product gauge groups of phenomenological interest. The topological interactions provide a window into the more fundamental aspects of these theories and could result in unique signatures at the Large Hadron Collider, some of which we explore.

On S-matrix factorization of the Landau-Lifshitz model

We consider the three-particle scattering S-matrix for the Landau-Lifshitz model by directly computing the set of the Feynman diagrams up to the second order. We show, following the analogous computations for the non-linear Schrdinger model [1, 2], that the three-particle S-matrix is factorizable in the first non-trivial order.

Spacetime noncommutativity with a bifermionic parameter

We consider a Moyal plane and propose to make the noncommutativity parameter Theta(mu nu) bifermionic, i.e. composed of two fermionic (Grassmann odd) parameters. The Moyal product then contains a finite number of derivatives, which avoid the difficulties of the standard approach. As an example, we construct a two-dimensional noncommutative field theory model based on the Moyal product with a bifermionic parameter and show that it has a locally conserved energy-momentum tensor. The model has no problem with the canonical quantization and appears to be renormalizable.