Perturbation theory for string sigma models

Abstract

In dieser Arbeit untersuchen wir Quanten-Aspekte des Green-Schwarz Superstrings in verschiedenen AdS-Hintergründen, die für die AdS/CFT Korrespondenz von Bedeutung sind, und geben einige Beispiele für perturbative Rechnungen in den entsprechenden integrablen Sigma-Modellen. Wir beginnen mit einer detaillierten Darstellung der Konstruktion der Wirkung des Typ-IIB-Superstrings auf dem AdS5 x S5-Hintergrund, die durch eine Supercoset-Sigma-Modell definiert wird, und zeigen die Grenzen dieser Herangehensweise für Hintergründe auf, die in niedrig-dimensionalen Beispielen der Eich/Gravitations-Dualität von Interesse sind. Daraufhin betrachten wir die Entwicklung um das BMN-Vakuum und die S-Matrix für die Streuung von Weltflächen-Anregungen. Um ihre Elemente effizient auszuwerten, entwickeln wir eine auf Unitarität basierende Methode für allgemeine massive, zweidimensionale Feldtheorien. Weiterhin betrachten wir den AdS-Lichtkegel eichfixierten String in AdS4 x CP3 in einer Entwicklung um das "null-cusp"-Vakuum. Die freie Energie dieses Modells hängt zusammen mit der anomalen Cusp-Dimension der Eichtheorie. Wir berechnen Korrekturen zur Zustandssumme des Superstring-Modells und leiten somit die anomale Cusp-Dimension der ABJM-Theorie bei starker Kopplung bis zur Zweischleifen-Ordnung her. Schlie\sslich berechnen wir auf Einschleifen-Ebene die Dispersionsrelation von Anregungen um das GKP-Vakuum. Unsere erfolgreiche Anwendung von auf Unitarität basierenden Cut-Techniken auf verschiedene Beispiele stützt die Vermutung, dass die S-Matrizen zweidimensionaler, integrabler Feldtheorien cut-konstruierbar sind. Weiterhin liefern unsere Ergebnisse wertvolle Daten, die die Konsistenz der String-Wirkung auf Quanten-Niveau belegen und stellen nicht-triviale stringente Tests der Quanten-Integrabilität der untersuchten Modelle dar.

In this thesis we investigate quantum aspects of the Green-Schwarz superstring in various AdS backgrounds relevant for the AdS/CFT correspondence, providing several examples of perturbative computations in the corresponding integrable sigma-models. We start by reviewing in details the construction of the type IIB superstring action in AdS5 x S5 background defined as a supercoset sigma model, pointing out the limits of this procedure for backgrounds interesting in lower-dimensional examples of the gauge/gravity duality. We then consider the expansion about the BMN vacuum and the S-matrix for the scattering of worldsheet excitations. To evaluate its elements efficiently we develop a unitarity-based method for general massive two-dimensional field theories. We also analyze the AdS light-cone gauge fixed string in AdS4 x CP3 expanded around a “null cusp” vacuum. The free energy of this model is related to the cusp anomalous dimension of the gauge theory and, indirectly, to a non-trivial effective coupling entering all integrability-based calculations in AdS4/CFT3. We calculate corrections to the superstring partition function of the model, thus deriving the cusp anomalous dimension of ABJM theory at strong coupling up to two-loop order and giving support to a recent conjecture. Finally, we calculate at one-loop the dispersion relation of excitations about the GKP vacuum. Our successful application of unitarity-cut techniques on several examples supports the conjecture that S-matrices of two-dimensional integrable field theories are cut-constructible. Furthermore, our results provide valuable data in support of the quantum consistency of the string actions and furnish non-trivial stringent tests for the quantum integrability of the analyzed models.