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. In this Ph. D. thesis, we analyze the geometric properties of surfaces obtained from the classical solutions of the two-dimensional bosonic and supersymmetric sigma models which has Grassmann manifolds G(m,n) as target space. In particular, we consider the metric, the fundamental forms and the gaussian curvature induced by these surfaces which naturally live in the su(n) Lie algebra.   The first chapter presents some preliminary tools to understand the elements of the following chapters. We present non-abelian gauge theories and bosonic grassmannian sigma models as well as its supersymmetric counterpart. Another section presents a construction of surfaces in the Lie algebra su(n) from the solutions of the bosonic sigma models.  The three last chapters contained in this thesis presents the constraints that have to be imposed on the solutions of the models in order to generate constant gaussian curvature surfaces. From these constraints, we can give a classification of the solutions depending on the possible values of the curvature. The first two papers presents an investigation of these surfaces and of their associated solutions for the bosonic grassmannian sigma models. In the third paper, we generalize our approach to a supersymmetric extension of the bosonic CP^(n-1)= G(1,n) sigma model including some results for the general Grassmann manifold G(m,n).  In chapter 2, we study the geometric properties of surfaces associated to holomorphic solutions of the grassmannian sigma models. We give a complete classification of these constant curvature solutions for the particular models G(2,n) with n=3,4,5. Furthermore, we establish two conjectures on the possible values of the gaussian curvature. We also give some elements of proof for these conjectures in terms of Plücker coordinates and immersions as well as Veronese curves. These results are published in the Journal of Geometry and Physics.  The third chapter presents a similar analysis as in the second chapter in the case of non-holomorphic solutions of the bosonic grassmannian sigma models. This work generalizes the results obtained in the first paper and give a systematic algorithm to obtain such surfaces from the known solutions of the models. These results are published in the Journal of Geometry and Physics.  In the last chapter of this thesis, we consider a N=2 supersymmetric extension of the bosonic sigma model which has the CP^(n-1)=G(1,n) manifold as target space. This chapter presents a geometric description of the surfaces obtained from the solutions of the model and shows, in the holomorphic case, that they have constant gaussian curvature if and only if the solutions consists of a generalization of the Veronese curve. Furthermore, using a gauge invariant formulation of the model in terms of orthogonal projectors, we obtain explicit non-holomorphic solutions and study the geometry of their associated surfaces. These results are submitted to Communications in Mathematical Physics.

Keyphrases: Modèles sigma grassmanniens, Supersymétrie, Solutions holomorphes et non-holomorphes, Géométrie des surfaces, Projecteurs orthogonaux, Séquence de Veronese, Grassmannian sigma models, Veronese curve, Supersymmetry, Holomorphic and non-holomorphic solutions, Geometry of surfaces, Orthogonal projectors