RESEARCH IN RESIDENCE

Towards Nielsen-Thurston classification for infinite-type surfaces
Vers une classification à la Nielsen-Thurston pour surfaces de type infini

13 – 24 October, 2025

Participants

Mladen Bestvina (University of Utah)
Federica Fanoni (CNRS, Université de Paris-Est Créteil)
Jing Tao (University of Oklahoma)

A fundamental result in the study of surfaces and three-manifolds is the classification of mapping classes (orientation-preserving homeomorphisms up to homotopy) of orientable surfaces, due to Nielsen and Thurston. The result holds for surfaces of finite type, i.e. whose fundamental group is finitely generated. The main goal of this project is to try and extend this classification to surfaces of infinite type, i.e. whose fundamental group is not finitely generated.
In recent work, we proved a classification theorem for a special family of mapping
classes, called extra tame. Roughly speaking, our result shows that extra tame mapping classes are those obtained by combining translations and finite-order elements supported on disjoint subsurfaces. Very little else has been done in terms of classification for surfaces of infinite type, the most notable exception being the work of Handel and Miller (expanded by Cantwell, Conlon and Fenley) on endperiodic mapping classes of surfaces with finitely many ends.
Our first goal is to extend our work to the larger family of tame mapping classes, using techniques coming from measure theory. The second objective is to tackle the class of elements presenting a dynamics similar to that of pseudo-Anosov mapping classes of finite-type surfaces.

La classification des mapping classes (homéomorphismes préservant l’orientation, à homotopie près) des surfaces orientables, due à Nielsen et Thurston, est un résultat fondamental dans l’étude des surfaces et des variétés de dimension trois. Le résultat est valable pour les surfaces de type fini, c’est-à-dire celles dont le groupe fondamental est de type fini. L’objectif principal de ce projet est d’étendre cette classification aux surfaces de type infini, c’est-à-dire aux surfaces dont le groupe fondamental n’est pas de type fini.
Dans un travail récent, nous avons prouvé un théorème de classification pour une famille spéciale de mapping classes, appelées extra tame. En gros, notre résultat montre que les éléments extra-tame sont ceux obtenus en combinant des translations et des éléments d’ordre fini avec suppors sur des sous-surfaces disjointes. Très peu de résultats sont connus en termes de classification pour les surfaces de type infini, l’exception la plus notable étant le travail de Handel et Miller (développé par Cantwell, Conlon et Fenley) sur les mapping classes endpériodiques des surfaces ayant un nombre fini de bouts.
Notre premier objectif est d’étendre notre travail à la famille des mapping classes tame, en utilisant des techniques issues de la théorie de la mesure. Le second objectif est de s’attaquer à la classe des éléments présentant une dynamique similaire à celle des classes de cartographie pseudo-Anosov des surfaces de type fini.

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