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Topological quantum field theory

In gauge theory and mathematical physics, a topological quantum field theory (or topological field theory or TQFT) is a quantum field theory which computes topological invariants. Although TQFTs were invented by physicists, they are also of mathematical interest, being related to, among other things, knot theory and the theory of four-manifolds in algebraic topology, and to the theory of moduli spaces in algebraic geometry. Donaldson, Jones, Witten, and Kontsevich have all won Fields Medals for mathematical work related to topological field theory. In condensed matter physics, topological quantum field theories are the low-energy effective theories of topologically ordered states, such as fractional quantum Hall states, string-net condensed states, and other strongly correlated quantum liquid states. In a topological field theory, correlation functions do not depend on the metric of spacetime. This means that the theory is not sensitive to changes in the shape of spacetime; if spacetime warps or contracts, the correlation functions do not change. Consequently, they are topological invariants. Topological field theories are not very interesting on flat Minkowski spacetime used in particle physics. Minkowski space can be contracted to a point, so a TQFT applied to Minkowski space results in trivial topological invariants. Consequently, TQFTs are usually applied to curved spacetimes, such as, for example, Riemann surfaces. Most of the known topological field theories are defined on spacetimes of dimension less than five. It seems that a few higher-dimensional theories exist, but they are not very well understood . Quantum gravity is believed to be background-independent (in some suitable sense), and TQFTs provide examples of background independent quantum field theories. This has prompted ongoing theoretical investigations into this class of models. (Caveat: It is often said that TQFTs have only finitely many degrees of freedom. This is not a fundamental property.

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Théorie quantique des champs
vignette|296x296px|Ce diagramme de Feynman représente l'annihilation d'un électron et d'un positron, qui produit un photon (représenté par une ligne ondulée bleue). Ce photon se décompose en une paire quark-antiquark, puis l'antiquark émet un gluon (représenté par la courbe verte). Ce type de diagramme permet à la fois de représenter approximativement les processus physiques mais également de calculer précisément leurs propriétés, comme la section efficace de collision.
Physique de la matière condensée
La physique de la matière condensée est la branche de la physique qui étudie les propriétés microscopiques et macroscopiques de la matière dans un état dit « condensé ». Ce terme doit être entendu par opposition à d'autres états de la matière, plus dilués, tels que l’état gazeux et les plasmas, ou encore par opposition à l’étude des atomes ou molécules isolés ou peu nombreux. Son objet d’étude consiste donc principalement dans les solides, ce qui explique que cette branche de la physique a longtemps été désignée par le terme de « physique des solides ».
Phénomène critique
vignette|Point critique de l'éthane : 1. état subcritique, liquide et gaz ; 2. opalescence critique ; 3. fluide supercritique. En physique, un phénomène critique est un phénomène associé à une transition de phase du deuxième ordre d'un système thermodynamique. Par exemple la transition de phase ferromagnétique et le comportement au voisinage du point critique liquide-gaz. La plupart des phénomènes critiques proviennent d'une divergence de la ou d'un ralentissement de la dynamique.
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Concepts associés (6)
Topological quantum number
In physics, a topological quantum number (also called topological charge) is any quantity, in a physical theory, that takes on only one of a discrete set of values, due to topological considerations. Most commonly, topological quantum numbers are topological invariants associated with topological defects or soliton-type solutions of some set of differential equations modeling a physical system, as the solitons themselves owe their stability to topological considerations.
Défaut topologique
En cosmologie, un défaut topologique est une configuration souvent stable de matière que certaines théories prédisent avoir été formée lors des transitions de phase de l'univers primitif. Selon la nature des brisures de symétrie, on suppose la formation de nombreux solitons au travers du mécanisme de Brout-Englert-Higgs-Hagen-Guralnik-Kibble. Les défauts topologiques les plus courants sont les monopôles magnétiques, les cordes cosmiques, les murs de domaine, les skyrmions et les textures.
Domain wall
A domain wall is a type of topological soliton that occurs whenever a discrete symmetry is spontaneously broken. Domain walls are also sometimes called kinks in analogy with closely related kink solution of the sine-Gordon model or models with polynomial potentials. Unstable domain walls can also appear if spontaneously broken discrete symmetry is approximate and there is a false vacuum. A domain (hyper volume) is extended in three spatial dimensions and one time dimension. A domain wall is the boundary between two neighboring domains.
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Séances de cours associées (11)
Skyrmions: Fondements et applications
Explore les fondamentaux et les applications des skyrmions dans la mémoire racetrack, couvrant la création, le mouvement, la détection et la manipulation.
Moiré Flatland: Physique de la matière condensée
Fournit un aperçu des matériaux van der Waals, la supraconductivité dans le graphène torsadé, les skyrmions et la ferroélectricité.
Turbulence active dans les systèmes biologiques
Déplacez-vous dans des turbulences actives et des défauts topologiques dans les systèmes biologiques, en mettant l'accent sur leur impact sur la motilité cellulaire et la croissance des colonies.
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Topological photonic transport in disordered scattering networks

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This Ph.D. thesis unveils the unique topological phenomena occurring in such networks, focusing on the intricate interplay between their Floquet topology, the presence of disorder, and their unitary scattering at microscopic and macroscopic scales. Using t ...
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Ultrafast control of emergent quantum matter probed by electron microscopy

Benoît Guilhem Michel Binh Truc

In the quest for controlling materials' properties, light as an external stimulus has a special place as it can create new states of matter and enable their ultrafast manipulation. In particular, spintronics, an exciting emergent field relying on the elect ...
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