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Theses Year : 2023

Black hole microstates : through and beyond supersymmetry

Les micro-états de trous noirs : à travers et au-delà de la supersymétrie

Anthony Houppe
  • Function : Author
  • PersonId : 1263069
  • IdRef : 270526668

Abstract

Almost a century after being theorized, Black Holes have now been observed in nature, first indirectly by LIGO and VIRGO, then directly by the EHT. According to General Relativity, they are the final state of matter after the collapse of very massive objects: all their mass is concentrated in a spacetime singularity, that is shrouded by a horizon from which nothing can escape. Black Holes lie at the frontier between General Relativity and Quantum Mechanics, and are the source of many puzzles and paradoxes whose answers could shed light on several aspects of Quantum Gravity. Chief among them is the information paradox: black holes can evaporate through Hawking radiation, and it seems that all the information about the original constituents of the black hole is permanently lost at the end of this process. The Fuzzball conjecture is an attempt to solve these paradoxes. It proposes to replace the standard black hole picture by an ensemble of fuzzy, horizonless microstates. These solutions, that are built out of the vast number of degrees of freedom of String Theory, look and behave exactly like black holes at a distance, but differ close to the horizon. Because they are horizonless, these geometries are not subject to the same paradoxes as the black hole. As an Effective Field Theory, General Relativity washes out all the intricate details of these microstates, and can only capture an average description: the black hole with a horizon. This thesis aims to build and study such fuzzball microstates within the framework of Supergravity, the low-energy limit of String Theory. The focus is on addressing two main questions associated to the fuzzball conjecture: Can one construct ``typical'' microstates that mimic what is expected of black holes ? Can one find enough microstate geometries to recover the full entropy of black holes ?
Près d'un siècle après avoir été théorisés, les trous noirs ont été observés dans la nature, d'abord indirectement par LIGO et VIRGO, puis directement par l'EHT. Selon la relativité générale, ils constituent l'état final de la matière suivant l'effondrement d'objets très massifs : toute leur masse est concentrée dans une singularité de l'espace-temps, qui est entourée d'un horizon dont rien ne peut s'échapper. Les trous noirs se situent à la frontière entre la relativité générale et la mécanique quantique, et sont la source de nombreuses énigmes et paradoxes dont les réponses pourraient éclairer plusieurs aspects de la gravité quantique. Le principal d'entre eux est le paradoxe de l'information : les trous noirs peuvent s'évaporer sous l'effet du rayonnement de Hawking, et il semble que toutes l'information concernant les constituants du trou noir soit définitivement perdue à l'issue de ce processus. La conjecture des fuzzballs est une tentative de résolution de ces paradoxes. Elle propose de remplacer les trous noirs tels que décrits par la relativité générale, par un ensemble de micro-états ayant une structure complexe, mais sans horizon. Ces solutions, qui sont construites à partir du grand nombre de degrés de liberté de la théorie des cordes, ressemblent et se comportent exactement comme des trous noirs à distance, mais diffèrent près de l'horizon. Parce qu'elles sont sans horizon, ces géométries ne sont pas sujettes aux mêmes paradoxes que le trou noir. En tant que théorie des champs effective, la relativité générale efface tous les détails complexes de ces micro-états, et ne peut capturer qu'une description moyenne : le trou noir avec un horizon. Cette thèse a pour but de construire et d'étudier de tels micro-états dans le cadre de la supergravité, qui est la limite à basse énergie de la théorie des cordes. L'accent est mis sur la réponse à deux questions principales associées à la conjecture des fuzzballs : Peut-on construire des micro-états «typiques» qui imitent les comportements que l'on attend des trous noirs ? Peut-on trouver suffisamment de géométries de micro-états pour retrouver l'entropie totale des trous noirs ?
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Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-04132933 , version 1 (19-06-2023)

Identifiers

  • HAL Id : tel-04132933 , version 1

Cite

Anthony Houppe. Black hole microstates : through and beyond supersymmetry. High Energy Physics - Theory [hep-th]. Université Paris-Saclay, 2023. English. ⟨NNT : 2023UPASP054⟩. ⟨tel-04132933⟩
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