Θέματα ολοκληρώσιμων συστημάτων και θεωρίας χορδών

Abstract

There is a special category of physical systems, called integrable. The integrability of a system implies directly that this is exactly solvable, while there usually exists a large amount of symmetry. The theory of integrable systems, both classical and quantum, provides the appropriate tools for the study of these models in a systematic way. In this dissertation we study such systems, giving emphasis on the underlying algebraic structures and symmetries. In the first part, we describe elements of the theory of classic integrable systems. The systematic way of describing them leads to natural extensions, for example by introducing non-trivial boundary conditions or local defects, in a way that the integrability of the system is preserved. In the second chapter the theory of integrability at the quantum level is described, as well as the framework for exactly solving such systems through powerful methods, such as Bethe ansatz method. Important role in this framework is played by the braid group and its quotients, as they provide a systematic way of obtaining solutions of the equations of quantum integrability in a systematic manner. This chapter describes the framework for the construction of such solutions, and particular published results. Finally, chapter 3 describes brane embeddings in sphere submanifolds, which exist within string theory. Besides the construction of these embeddings, their relation with systems of physics of condensed matter is presented, using the powerful framework of the AdS/CFT correspondence.

Υπάρχει μια ιδιαίτερη κατηγορία φυσικών συστημάτων, τα οποία καλούνται ολοκληρώσιμα. Η ολοκληρωσιμότητα ενός συστήματος συνεπάγεται άμεσα πως αυτό είναι ακριβώς επιλύσιμο, ενώ συνήθως το σύστημα παρουσιάζει μεγάλη συμμετρία. Η θεωρία των ολοκληρώσιμων συστημάτων, κλασικών και κβαντικών, παρέχει τα κατάλληλα εργαλεία για τη μελέτη των εν λόγω προτύπων με συστηματικό τρόπο. Στην παρούσα διατριβή μελετούμε τέτοιου είδους συστήματα, δίνοντας έμφαση στις αλγεβρικές δομές και τις συμμετρίες που βρίσκονται πίσω από αυτά. Στο πρώτο μέρος, περιγράφονται στοιχεία της θεωρίας των κλασικών ολοκληρώσιμων συστημάτων. Ο συστηματικός τρόπος περιγραφής τους επιτρέπει και την επέκταση αυτών, εισάγοντας για παράδειγμα μη τετριμμένες συνοριακές συνθήκες ή τοπικές ατέλειες, έτσι ώστε η ολοκληρωσιμότητα του συστήματος να διατηρείται. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται η θεωρία της ολοκληρωσιμότητας σε κβαντικό επίπεδο και το πλαίσιο ακριβούς επίλυσης τέτοιων συστημάτων μέσω ισχυρών μεθόδων, όπως η τεχνική Bethe ansatz. Σημαντικό ρόλο στο πεδίο αυτό διαδραματίζει η ομάδα braid και τα υποσύνολά της, καθώς εξασφαλίζουν την παραγωγή συμμετρικών λύσεων των εξισώσεων της κβαντικής ολοκληρωσιμότητας, με συστηματικό τρόπο. Στο κεφάλαιο αυτό περιγράφεται το πλαίσιο παραγωγής τέτοιων λύσεων, και συγκεκριμένα δημοσιευμένα αποτελέσματα. Τέλος, στο κεφάλαιο 3 περιγράφονται εμβαπτίσεις μεμβρανών σε σφαιρικές υποπολλαπλότητες, όπως αυτές υπεισέρχονται στη θεωρία των χορδών. Εκτός της κατασκευής των συγκεκριμένων εμβαπτίσεων, παρουσιάζεται και η σχέση τους με συστήματα της φυσικής της συμπυκνωμένης ύλης, χρησιμοποιώντας το ισχυρό πλαίσιο της αντιστοιχίας AdS/CFT.