NON-SYMPLECTIC AUTOMORPHISMS OF IRREDUCIBLE HOLOMORPHIC SYMPLECTIC MANIFOLDS

We study automorphisms of irreducible holomorphic symplectic manifolds of type K3^[n], i.e. manifolds which are deformation equivalent to the Hilbert scheme of n points on a K3 surface, for some n > 1. In the first part of the thesis we describe the automorphism group of the Hilbert scheme of n points on a generic projective K3 surface, i.e. a K3 surface whose Picard lattice is generated by a single ample line bundle. We show that, if it is not trivial, the automorphism group is generated by a non-symplectic involution, whose existence depends on some arithmetic conditions involving the number of points n and the polarization of the surface. We also determine necessary and sufficient conditions on the Picard lattice of the Hilbert scheme for the existence of the involution. In the second part of the thesis we study non-symplectic automorphisms of prime order on manifolds of type K3^[n]. We investigate the properties of the invariant lattice and its orthogonal complement inside the second cohomology lattice of the manifold, providing a classification of their isometry classes. We then approach the problem of constructing examples (or at least proving the existence) of manifolds of type K3^[n] with a non-symplectic automorphism inducing on cohomology each specific action in our classification. In the case of involutions, and of automorphisms of odd prime order for n=3,4, we are able to realize all possible cases. In order to do so, we present a new non-symplectic automorphism of order three on a ten-dimensional family of Lehn-Lehn-Sorger-van Straten eightfolds of type K3^[4]. Finally, for n < 6 we describe deformation families of large dimension of manifolds of type K3^[n] equipped with a non-symplectic involution.

La tesi si concentra sullo studio degli automorfismi di varietà olomorfe simplettiche irriducibili di tipo K3^[n], ovvero varietà equivalenti per deformazione allo schema di Hilbert di n punti su una superficie K3, per n > 1. Negli ultimi anni, molti teoremi classici riguardanti la classificazione degli automorfismi non-simplettici di superfici K3 sono stati estesi alle varietà di tipo K3^[2]. Siamo quindi interessati a comprendere se tali risultati possono essere ulteriormente generalizzati anche al caso di varietà di tipo K3^[n], per n > 2. Nella prima parte della tesi descriviamo il gruppo degli automorfismi dello schema di Hilbert di n punti su una superficie K3 proiettiva generica, il cui reticolo di Picard è generato da un singolo fibrato ampio. Mostriamo che, se il gruppo non è triviale, esso è generato da una involuzione non-simplettica, la cui esistenza è determinata da condizioni aritmetiche che coinvolgono il numero n di punti e la polarizzazione della superficie. In aggiunta a tale caratterizzazione numerica, individuiamo anche delle condizioni necessarie e sufficienti per l'esistenza dell'involuzione riguardanti la struttura del reticolo di Picard dello schema di Hilbert. La seconda parte della tesi è dedicata allo studio degli automorfismi non-simplettici di ordine primo su varietà di tipo K3^[n]. Dopo aver investigato le proprietà del reticolo invariante dell'automorfismo e del suo complemento ortogonale all'interno del secondo reticolo di coomologia della varietà, forniamo una classificazione per le loro classi di isometria. Affrontiamo quindi il problema di individuare varietà di tipo K3^[n] dotate di automorfismi non-simplettici che inducano ognuna delle possibili azioni in coomologia presenti nella nostra classificazione. Nel caso delle involuzioni, e degli automorfismi di ordine primo dispari per n=3, 4, siamo in grado di realizzare tutti i casi ammissibili, presentando una costruzione esplicita della varietà o almeno dimostrandone l'esistenza. Tra i numerosi esempi esibiti, è di particolare rilievo un nuovo automorfismo di ordine tre su una famiglia di dimensione dieci di varietà di Lehn-Lehn-Sorger-van Straten di tipo K3^[4]. Infine, per n < 6 descriviamo le famiglie di deformazione massimali di varietà di tipo K3^[n] dotate di una involuzione non-simplettica.