A previously derived three-dimensional effective lattice theory describingthe thermodynamics of QCD with heavy quarks in the cold and dense region isextended through order $\sim u^5\kappa^8$ in the combined character and hoppingexpansion of the original four-dimensional Wilson action. The systematics ofthe effective theory is investigated to determine its range of validity inparameter space. We demonstrate the severe cut-off effects due to latticesaturation, which afflict any lattice results at finite baryon densityindependent of the sign problem or the quality of effective theories, and whichhave to be removed by continuum extrapolation. We then show how the effectivetheory can be solved analytically by means of a linked cluster expansion, whichis completely unaffected by the sign problem, in quantitative agreement withnumerical simulations. As an application, we compute the cold nuclear equationof state of heavy QCD. Our continuum extrapolated result is consistent with apolytropic equation of state for non-relativistic fermions.

Within a supersymmetric (SUSY) type-I seesaw framework with flavor-blinduniversal boundary conditions, we study the consequences of requiring that theobserved baryon asymmetry of the Universe be explained by either thermal ornon-thermal leptogenesis. In the former case, we find that the parameter spaceis very constrained. In the bulk and stop-coannihilation regions of mSUGRAparameter space (that are consistent with the measured dark matter abundance),lepton flavor-violating (LFV) processes are accessible at MEG and futureexperiments. However, the very high reheat temperature of the Universe neededafter inflation (of about 10^{12} GeV) leads to a severe gravitino problem,which disfavors either thermal leptogenesis or neutralino dark matter.Non-thermal leptogenesis in the preheating phase from SUSY flat directionsrelaxes the gravitino problem by lowering the required reheat temperature. Thebaryon asymmetry can then be explained while preserving neutralino dark matter,and for the bulk or stop-coannihilation regions LFV processes should beobserved in current or future experiments.

We revisit proton decay via the color-triplet Higgs multiplets in the minimalsupersymmetric grand unified model with heavy sfermions. Although the model hasbeen believed to be excluded due to the too short lifetime of proton, we havefound that it is possible to evade the experimental constraints on the protondecay rate if the supersymmetric particles have masses much heavier than theelectroweak scale. With such heavy sfermions, the 126GeV Higgs boson isnaturally explained, while they do not spoil the gauge coupling unification andthe existence of dark matter candidates. Since the resultant proton lifetimelies in the regions which may be reached in the future experiments, protondecay searches may give us a chance to verify the scenario as well as thesupersymmetric grand unified models.

We calculate contributions to the photon and gluon magnetic dipole operatorsthat mediate b -> s gamma and b -> d gamma transitions in the Randall-Sundrummodel of a warped extra dimension with anarchic bulk fermions and a branelocalized Higgs. Unlike the Standard Model, there are large contributions tothe left-handed b quark decays, parameterized by the Wilson coefficient C'_7,due to the pattern of bulk fermion localization, and sizable contributions fromthe gluonic penguins, C(')_8, through renormalization group mixing. Further,unlike the Randall-Sundrum result for mu -> e gamma, the unprimed Wilsoncoefficients receive non-negligible contributions from the misalignment of thebulk fermion spectrum with the Standard Model flavor sector. We compare thesize of effects and the constraints imposed by the branching ratios Br(B -> X_sgamma) and X_d gamma)> within the minimal and the custodial model.Within the custodial framework, we study the effect on a number of benchmarkobservables and find that Br(B -> X_s mu^+ mu^-) and the forward-backwardasymmetry in B -> K^* mu^+ mu^- remain close to their Standard Modelpredictions. On the other hand, there can be large enhancements of thetime-dependent CP asymmetry in B -> K^* gamma and the transverse asymmetryA_T^(2).

We investigate the generalized gravitational entropy from total derivativeterms in the gravitational action. Following the method of Lewkowycz andMaldacena, we find that the generalized gravitational entropy from totalderivatives vanishes. We compare our results with the work of Astaneh,Patrushev, and Solodukhin. We find that if total derivatives produced nonzeroentropy, the holographic and the field-theoretic universal terms ofentanglement entropy would not match. Furthermore, the second law ofthermodynamics could be violated if the entropy of total derivatives did notvanish.

We present a three-loop model of neutrino mass in which both the weak scaleand neutrino mass arise as radiative effects. In this approach, the scales forelectroweak symmetry breaking, dark matter, and the exotics responsible forneutrino mass, are related due to an underlying scale-invariance. Thismotivates the otherwise-independent O(TeV) exotic masses usually found inthree-loop models of neutrino mass. We demonstrate the existence of viableparameter space and show that the model can be probed at colliders, precisionexperiments, and dark matter direct-detection experiments.

We study the non-perturbative superpotential in E_8 x E_8 heterotic stringtheory on a non-simply connected Calabi-Yau manifold X, as well as on itssimply connected covering space \tilde{X}. The superpotential is induced by thestring wrapping holomorphic, isolated, genus 0 curves. According to the residuetheorem of Beasley and Witten, the non-perturbative superpotential must vanishin a large class of heterotic vacua because the contributions from curves inthe same homology class cancel each other. We point out, however, that incertain cases the curves treated in the residue theorem as lying in the samehomology class, can actually have different area with respect to the physicalKahler form and can be in different homology classes. In these cases, theresidue theorem is not directly applicable and the structure of thesuperpotential is more subtle. We show, in a specific example, that thesuperpotential is non-zero both on \tilde{X} and on X. On the non-simplyconnected manifold X, we explicitly compute the leading contribution to thesuperpotential from all holomorphic, isolated, genus 0 curves with minimalarea. The reason for the non-vanishing of the superpotental on X is that thesecond homology class contains a finite part called discrete torsion. As aresult, the curves with the same area are distributed among different torsionclasses and, hence, do not cancel each other.

We show at NNLO that the soft factors for double parton scattering (DPS) forboth integrated and unintegrated kinematics, can be presented entirely in theterms of the soft factor for single Drell-Yan process, i.e. the transversemomentum dependent (TMD) soft factor. Using the linearity of the logarithm ofTMD soft factor in rapidity divergences, we decompose the DPS soft factormatrices into a product of matrices with rapidity divergences in given sectors,and thus, define individual double parton distributions at NNLO. The rapidityanomalous dimension matrices for double parton distributions are presented inthe terms of TMD rapidity anomalous dimension. The analysis is done using thegenerating function approach to web diagrams. Significant part of the result isobtained from the symmetry properties of web diagrams without referring toexplicit expressions or a particular rapidity regularization scheme.Additionally, we present NNLO expression for the web diagram generatingfunction for Wilson lines with two light-like directions.