The long-held human dream of travel to the stars and planets will probably be realized within the next quarter century. Preliminary analyses by U.S. scientists and engineers suggests that a first trip to Mars could begin as early as 2016. A proposal by U.S.S.R. space planners has suggested that an effort involving the cooperation and collaboration of many nations could begin by 2011. Among the major considerations that must be made in preparation for such an excursion are solidification of the scientific, economic and philosophical rationales for such a trip made by humans, and realistic evaluations of current and projected technical capabilities. Issues in the latter category include launch and propulsion systems, long term system stability and reliability, the psychological and physiological consequences of long term exposure to the space environment, the development and use of countermeasures to deleterious human physiological responses to the space environment, and life support systems that are both capable of the immense journey and reliable enough to assure their continued operation for the duration of the voyage. Many of the issues important in the design of a life support system for a Mars trip are based on reasonably well understood data: the human requirements for food, oxygen and water. However, other issues are less well-defined, such as the demands that will be made on the system for personal cleanliness and hygiene, environmental cleanliness, prevention or reduction of environmental toxins, and psychological responses to the environment and to the diet. It is much too early to make final decisions about the characteristics of the long-duration life support system needed for travel to Mars, or for use on its surface. However, it is clear that life support systems will evolve during the next few decades form the relatively straightforward systems that are used on Shuttle and Soyuz, to increasingly more complex and regenerative systems. The Soviet Union has an operating life support system on Mir that can apparently evolve, and the United States is currently planning the one for Space Station Freedom that will use partial regeneration. It is essential to develop concepts now for life support systems on an advanced Space Station, the lunar outpost (to be launched in about 2004) and the lunar base. Such concepts will build on current technology and capabilities. But because of the variety of different technologies that can be developed, and the potential for coordinating the functions of very diverse sub-systems within the same life support system, the possibility of developing an efficient, reliable mixed process system is high. It is likely that a life support system for Mars transit and base will use a composite of physical, chemical, and biological processes. The purpose of this paper is to explore the potentially useful structural elements of a life support system for use on a Mars trip, and to identify the features that, at this time, appear to be most appropriate for inclusion in the system.

At heavy ion colliders, two major sources of beam loss are expected to be$e^+e^-$ production, where the $e^-$ is bound to one of the nuclei, andphotonuclear excitation and decay via neutron emission. Both processes alterthe ions charged to mass ratio by well defined amounts, creating beams ofparticles with altered magnetic rigidity. These beams will deposit their energyin a localized region of the accelerator, causing localized heating, The sizeof the target region depends on the collider optics. For medium and heavy ions,at design luminosity at the Large Hadron Collider, local heating may be morethan an order of magnitude higher than expected. This could cause magnetquenches if the local cooling is inadequate. The altered-rigidity beams willalso produce localized radiation damage. The beams could also be extracted andused for fixed target experiments.

We investigate radiation-reaction effects for a charged scalar particleaccelerated by an external potential realized as a space-dependent mass term inquantum electrodynamics. In particular, we calculate the position shift of thefinal-state wave packet of the charged particle due to radiation at lowestorder in the fine structure constant alpha and in the small h-barapproximation. We show that it disagrees with the result obtained using theLorentz-Dirac formula for the radiation-reaction force, and that it agrees withthe classical theory if one assumes that the particle loses its energy toradiation at each moment of time according to the Larmor formula in the staticframe of the potential. However, the discrepancy is much smaller than theCompton wavelength of the particle. We also point out that the electromagneticcorrection to the potential has no classical limit. (Correction. Surface termswere erroneously discarded to arrive at Eq. (59). By correcting this error wefind that the position shift according to the Lorentz-Dirac theory obtainedfrom Eq. (12) is reproduced by quantum field theory in the hbar -> 0 limit. Wealso find that the small V(z) approximation is unnecessary for this agreement.See Sec. VII.)

We define the entropy S and uncertainty function of a squeezed systeminteracting with a thermal bath, and study how they change in time by followingthe evolution of the reduced density matrix in the influence functionalformalism. As examples, we calculate the entropy of two exactly solvablesqueezed systems: an inverted harmonic oscillator and a scalar field modeevolving in an inflationary universe. For the inverted oscillator with weakcoupling to the bath, at both high and low temperatures, $S\to r $, where r isthe squeeze parameter. In the de Sitter case, at high temperatures, $S\to(1-c)r$ where $c = \gamma_0/H$, $\gamma_0$ being the coupling to the bath and Hthe Hubble constant. These three cases confirm previous results based on moread hoc prescriptions for calculating entropy. But at low temperatures, the deSitter entropy $S\to (1/2-c)r$ is noticeably different. This result, obtainedfrom a more rigorous approach, shows that factors usually ignored by theconventional approaches, i.e., the nature of the environment and the couplingstrength betwen the system and the environment, are important.

We show the existence of solitonic solutions of five-dimensionalsupergravity, which can be interpreted as global cosmic strings in ouruniverse. They possess the same mathematical structure as the stringy cosmicstrings studied by Greene, Shapere, Vafa and Yau, while the size of the extraspace and the value of the extra-space component of the gauge field vary fromplace to place around the string in our model. We also show that supersymmetryis partially broken in the presence of the global strings.

As originally described by Rubakov, particles are produced during thetunneling of a metastable quantum field. We propose to extend his formalism tocompute the backreaction of these particles on the semiclassical decayprobability of the field. The idea is to integrate out the external bath ofparticles by computing the reduced density matrix of the system. Following thisapproach, we derive an explicit correction factor in the specific case ofscalar particle production in flat spacetime. In this given framework, weconclude that the backreaction is ultraviolet finite and enhances the decayrate. Moreover, in the weak production limit, the backreaction factor isdirectly given by one half of the total number of created particles. In orderto estimate the importance of this correction, we apply our formalism to a toymodel potential which allows us to consider both the decay of a homogeneousbounce and the nucleation of a thin-wall bubble. In the former case, the impactof the created particles is parameter dependent and we exhibit a reasonablechoice of variables for which ones the backreaction is significant. In thelatter case, we conclude that the backreaction is always negligible.

Many extensions of the Standard Model predict the existence of ALPs, whichare very light spin-zero bosons with a two-photon coupling. Photon-ALPoscillations occur in the presence of an external magnetic field, and ALPs canlead to observable effects on the measured photon spectrum of astrophysicalsources. An intriguing situation arises when blazars are observed with theCherenkov Telescopes H.E.S.S., MAGIC, CANGAROO III and VERITAS. Theextragalactic background light (EBL) produced by galaxies during cosmicevolution gives rise to a source dimming which becomes important in the VHEband. This dimming can be considerably reduced by photon-ALP oscillations inthe large-scale magnetic fields, and the resulting blazar spectra become harderthan expected. We find that for ALPs lighter than 5 x 10^{-10} eV the photonsurvival probability is larger than predicted by conventional physics above afew hundred GeV. This is a clear-cut prediction which can be tested with theplanned Cherenkov Telescope Array and HAWC. Moreover, we offer a newinterpretation of the VHE blazars detected so far, according to which the largespread in the values of the observed spectral index is mainly due to the widespread in the source distances rather than to large variations of theirinternal physical properties.

Recently hints of lepton flavor non-universality emerged in the BaBar andLHCb experiments. In this paper we propose tests of lepton universality in$\nu_{\tau}$ scattering. To parametrize the new physics we adopt an effectiveLagrangian approach and consider the neutrino deep inelastic scatteringprocesses $\nu_{\tau}+ N \to \tau + X$ and $\nu_{\mu}+ N \to \mu + X$ where weassume the largest new physics effects are in the $\tau$ sector. We alsoconsider an explicit leptoquark model in our calculations. In order to makecomparison with the standard model and also in order to cancel out theuncertainties of the parton distribution functions, we consider the ratio oftotal and differential cross sections of tau-neutrino to muon-neutrinoscattering. We find new physics effects that can possibly be observed at theproposed Search for Hidden Particles (SHiP) experiment at CERN.

We show that it is possible, in opposition to a previous conjecture, toderive a Nielsen identity for the effective action in the case of thegeneralized $R_\xi $-gauge, where the gauge function explicitly depends on thegauge parameter $\xi $. Also the Nielsen identity for the effective potentialis verified to one-loop in the Abelian Higgs model and the correspondingidentity for the physical Higgs mass is derived.