Wir untersuchen stark gekoppelte Phänomene unter Verwendung der Dualität
zwischen Eich- und Gravitationstheorien. Dabei liegt ein besonderer Fokus
einerseits auf Vortex Lösungen, die von einem magnetischem Feld verursacht
werden, und andererseits auf zeitabhängigen Problemen in holographischen
Modellen. Das wichtigste Ergebnis ist die Entdeckung eines unerwarteten Effektes
in einem einfachen holografischen Modell: ein starkes nicht abelsches
magnetisches Feld verursacht die Entstehung eines Grundzustandes in der Form
eines dreieckigen Gitters von Vortices.
Die Dualität zwischen Eich- und Gravitationstheorien ist ein mächtiges Werkzeug
welches bereits verwendet wurde um stark gekoppelte Systeme vom Quark-Gluonen
Plasma in Teilchenbeschleunigern bis hin zu Festkörpertheorien zu beschreiben.
Die wichtigste Idee ist dabei die der Dualität: Eine stark gekoppelte
Quantenfeldtheorie kann untersucht werden, indem man die Eigenschaften eines aus
den Einsteinschen Feldgleichungen folgenden Gravitations-Hintergrundes bestimmt.
Eine der Gravitationstheorien, die in dieser Arbeit behandelt werden, ist eine
Einstein--Yang--Mills Theorie in einem AdS--Schwarzschild Hintergrund mit
SU(2)-Eichsymmetrie. Der Ansatz für das Eichfeld ist so gewählt, dass die
zugehörige Quantenfeldtheorie einem externen Magnetfeld ausgesetzt ist. Oberhalb
eines kritischen Magnetfeldes wird die Konfiguration instabil und zeigt einen
Phasenübergang zu einem Supraleiter.
Die Instabilität wird mit zwei Ansätzen untersucht. Zum einen werden
Fluktuationen des Hintergrunds betrachtet und die Quasinormalmoden analysiert.
Zum anderen zeigt die numerische Analyse der Bewegungsgleichungen, dass das
effektive Schrödinger-Potential mit stärker werdendem Magnetfeld sich so lange
verändert, bis ein gebundener Zustand möglich wird. Der sich ergebende
supraleitende Grundzustand ist durch ein dreieckiges Vortexgitter gegeben, wie
eine störungstheoretische Entwicklung über einem kleinen Parameter proportional
zur Größe des Kondensats zeigt. Zur Bestimmung des energetisch bevorzugten
Zustands wird mithilfe der holographischen Übersetzungsvorschrift die
Gesamtenergie verschiedener Lösungen berechnet. Hierfür wird die Lösung der
Bewegungsgleichungen zur dritten Ordnung in oben genanntem Parameter berechnet.
Zusätzlich wird gezeigt, dass dieses Ergebnis auch für den Fall einer AdS--hard
wall Geometrie gilt, also einer Feldtheorie mit Confinement.
Als nächstes erweitern wir das einfache Gravitationsmodell um ein chemisches
Potential und wiederholen die Untersuchung. Sind das chemische Potential, das
magnetische Feld oder beide groß genug, so befindet sich das System in einer
supraleitenden Phase. Wir berechnen das Phasendiagramm des Systems numerisch.
Der Grundzustand der supraleitenden Phase nahe dem Phasenübergang ist ein
dreieckiges Vortexgitter, wobei der Gitterabstand nur von der Stärke des
magnetischen Feldes abhängt. Die Relevanz dieser Ergebnisse wird im Zusammenhang
mit inhomogenen Grundzuständen in holographischen Supraleitern diskutiert, einem
Themengebiet welches in letzter Zeit viel Interesse auf sich gezogen hat. Die
erhaltenen Resultate sind nicht nur aufgrund der vorher unbekannten inhomogenen
Lösung der Gravitationstheorie mit Schwarzem Loch neuartig. Es ist auch
interessant, dass ein großes magnetisches Feld die Vortexstruktur im
Grundzustand induziert anstatt sie zu unterdrücken.
Des Weiteren untersuchen wir zeitabhängige Phänomene in einer holographischen
Erweiterung des Kondomodells. Letzteres beschreibt ein einfaches Modell in der
Festkörperphysik, in welchem eine magnetische Verunreinigung stark an ein
Elektronenreservoir koppelt. Die holographische Beschreibung erfordert Techniken
der numerischen Relativitätstheorie und erlaubt uns die Entwicklung des Systems
nach einem plötzlichen Sprung in der Kopplungskonstante zu simulieren.
Diese Doktorarbeit basiert