We present a new construction of four dimensional $\mathcal N=3$ theories,given by M5 branes wrapping a $T^2$ in an M-theory U-fold background. Theresulting setup generalizes the one used in the usual class $\mathcal S$construction of four dimensional theories by using an extra discrete symmetryon the M5 worldvolume. Together with the M-theory U-fold description of $(0,2)$$E$-type six-dimensional SCFTs, this allows to construct new, exceptional,$\mathcal N=3$ theories.

The generic embedding of the $R+R^2$ higher curvature theory into old-minimalsupergravity leads to models with rich vacuum structure in addition to itswell-known inflationary properties. When the model enjoys an exact R-symmetry,there is an inflationary phase with a single supersymmetric Minkowski vacuum.This appears to be a special case of a more generic set-up, which in principlemay include R-symmetry violating terms which are still of pure supergravityorigin. By including the latter terms, we find new supersymmetry breaking vacuacompatible with single-field inflationary trajectories. We discuss explicitlytwo such models and we illustrate how the inflaton is driven towards thesupersymmetry breaking vacuum after the inflationary phase. In these models thegravitino mass is of the same order as the inflaton mass. Therefore, purehigher curvature supergravity may not only accommodate the proper inflatonfield, but it may also provide the appropriate hidden sector for supersymmetrybreaking after inflation has ended.

We provide a complete and detailed study of the high-energy limit offour-parton scattering amplitudes in QCD, giving explicit results at two loopsand higher orders, and going beyond next-to-leading logarithmic (NLL) accuracy.Building upon recent results, we use the techniques of infrared factorizationto investigate the failure of the simplest form of Regge factorization,starting at next-to-next-to-leading logarithmic accuracy (NNLL) in ln(s/|t|).We provide detailed accounts and explicit expressions for the terms responsiblefor this breaking in the case of two-loop and three-loop quark and gluonamplitudes in QCD; in particular, we recover and explain a knownnon-logarithmic double-pole contribution at two-loops, and we compute allnon-factorizing single-logarithmic singular contributions at three loops.Conversely, we use high-energy factorization to show that the hard functions ofinfrared factorization vanish in d = 4 to all orders in the coupling, up to NLLaccuracy in ln(s/|t|). This provides clear evidence for the infrared origin ofhigh-energy logarithms. Finally, we extend earlier studies to t-channelexchanges of color representations beyond the octet, which enables us to givepredictions based on the dipole formula for single-pole NLL contributions atthree and four loops.

We develop the phenomenology of scenarios in which a dark matter candidateinteracts with a top quark through flavour-changing couplings, employing asimplified dark matter model with an s-channel vector-like mediator. We studyin detail the top-charm flavour-changing interaction, by investigating thesingle top plus large missing energy signature at the LHC as well asconstraints from the relic density and direct and indirect dark matterdetection experiments. We present strategies to distinguish between thetop-charm and top-up flavour-changing models by taking advantage of the leptoncharge asymmetry as well as by using charm-tagging techniques on an extra jet.We also show the complementarity between the LHC and canonical dark matterexperiments in exploring the viable parameter space of the models.

The first string excited state can be observed as a resonance in dijetinvariant mass distributions at the LHC, if the scenario of low-scale stringwith large extra dimensions is realized. A distinguished property of the dijetresonance by string excited states from that the other "new physics" is thatmany almost degenerate states with various spin compose a single resonancestructure. It is examined that how we can obtain evidences of low-scale stringmodels through the analysis of angular distributions of dijet events at theLHC. Some string resonance states of color singlet can obtain large mass shiftsthrough the open string one-loop effect, or through the mixing with closedstring states, and the shape of resonance structure can be distorted. Althoughthe distortion is not very large (10% for the mass squared), it might be ableto observe the effect at the LHC, if gluon jets and quark jets could bedistinguished in a certain level of efficiency.

We investigate the structure of the moduli space of multiple BPS non-Abelianvortices in U(N) gauge theory with N fundamental Higgs fields, focusing ourattention on the action of the exact global (color-flavor diagonal) SU(N)symmetry on it. The moduli space of a single non-Abelian vortex, CP(N-1), isspanned by a vector in the fundamental representation of the global SU(N)symmetry. The moduli space of winding-number k vortices is instead spanned byvectors in the direct-product representation: they decompose into the sum ofirreducible representations each of which is associated with a Young tableaumade of k boxes, in a way somewhat similar to the standard group compositionrule of SU(N) multiplets. The K\"ahler potential is exactly determined in eachmoduli subspace, corresponding to an irreducible SU(N) orbit of thehighest-weight configuration.

We study thermodynamic properties of dyonic black hole and its dual fieldtheory. We observe that the phase diagram of a dyonic black hole in constantelectric potential and magnetic charge ensemble is similar to that of a Van derWaals fluid with chemical potential. Phase transitions and other criticalphenomena have been studied in presence of magnetic charge and chemicalpotential. We also analyse magnetic properties of dual conformal field theoryand observe a ferromagnetic like behavior of boundary theory when the externalmagnetic field vanishes. Finally, we compute susceptibility of different phasesof boundary CFT and find that, depending on the strength of the externalmagnetic field and temperature, these phases are either paramagnetic ordiamagnetic.

We analyze the semileptonic $B\to K_2^*(1430)l^+l^-$ transition in universalextra dimension model. In particular, we present the sensitivity of relatedobservables such as branching ratio, polarization distribution andforward-backward asymmetry to the compactification factor (1/R) of extradimension. The obtained results from extra dimension model show overall aconsiderable deviation from the standard model predictions for small values ofthe compactification factor. This can be considered as an indication forexistence of extra dimensions.

We present the full numerical solution for the 15-dimensional space oflinearized deformations of the Klebanov-Strassler background which preserve theSU(2) X SU(2) X Z_2 symmetries. We identify within this space the solutioncorresponding to anti-D3 branes, (modulo the presence of a certain subleadingsingularity in the infrared). All the 15 integration constants of this solutionare fixed in terms of the number of anti-D3 branes, and the solution differs inthe UV from the supersymmetric solution into which it is supposed to decay by amode corresponding to a rescaling of the field theory coordinates. Decidingwhether two solutions that differ in the UV by a rescaling mode are dual to thesame theory is involved even for supersymmetric Klebanov-Strassler solutions,and we explain in detail some of the subtleties associated to this.

We investigate grand unified theories (GUTs) in scenarios where electroweak(EW) symmetry breaking is triggered by a light composite Higgs, arising as aNambu-Goldstone boson from a strongly interacting sector. The evolution of thestandard model (SM) gauge couplings can be predicted at leading order, if theglobal symmetry of the composite sector is a simple group G that contains theSM gauge group. It was noticed that, if the right-handed top quark is alsocomposite, precision gauge unification can be achieved. We build minimalconsistent models for a composite sector with these properties, thusdemonstrating how composite GUTs may represent an alternative to supersymmetricGUTs. Taking into account the new contributions to the EW precision parameters,we compute the Higgs effective potential and prove that it realizesconsistently EW symmetry breaking with little fine-tuning. The G groupstructure and the requirement of proton stability determine the nature of thelight composite states accompanying the Higgs and the top quark: a colouredtriplet scalar and several vector-like fermions with exotic quantum numbers. Weanalyse the signatures of these composite partners at hadron colliders:distinctive final states contain multiple top and bottom quarks, either aloneor accompanied by a heavy stable charged particle, or by missing transverseenergy.