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 construct and study the first supersymmetric black-hole and black-stringsolutions of non-Abelian-gauged N=1,d=5 supergravity (N=1,d=5Super-Einstein-Yang-Mills theory) with non-trivial SU(2) gauge fields: BPSTinstantons for black holes and BPS monopoles of different kinds('t~Hooft-Polyakov, Wu-Yang and Protogenov) for black strings and also forcertain black holes that are well defined solutions only for very specificvalues of all the moduli. Instantons, as well as colored monopoles do notcontribute to the masses and tensions but do contribute to the entropies. The construction is based on the characterization of the supersymmetricsolutions of gauged N=1,d=5 supergravity coupled to vector multiplets achievedin Ref. Bellorin:2007yp which we elaborate upon by finding the rules toconstruct supersymmetric solutions with one additional isometry, both for thetimelike and null classes. These rules automatically connect the timelike andnull non-Abelian supersymmetric solutions of N=1,d=5 SEYM theory with thetimelike ones of N=2,d=4 SEYM theory by dimensional reduction and oxidation. Inthe timelike-to-timelike case the singular Kronheimer reduction recentlystudied in Ref. Bueno:2015wva plays a crucial role.

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.

General Majorana neutrino mass matrix is complex symmetric and for threegenerations of neutrinos it contains 12 real parameters. We diagonalize thisgeneral neutrino mass matrix and express the three neutrino masses, threemixing angles, one Dirac CP phase and two Majorana phases (removing threeunphysical phases) in terms of the neutrino mass matrix elements. We apply theresults in the context of a neutrino mass matrix derived from a broken cyclicsymmetry invoking type-I seesaw mechanism. Phenomenological study of the abovemass matrix allows enough parameter space to satisfy the neutrino oscillationdata with only 10% breaking of this symmetry. In this model only normal masshierarchy is allowed. In addition, the Dirac CP phase and the Majorana phasesare numerically estimated. $\Sigma m_i$ and $|m_{\nu_{ee}}|$ are alsocalculated.

We propose a novel approach to obtain non-supersymmetric four-dimensionaleffective actions by considering F-theory on manifolds with special holonomySpin(7). To perform such studies we suggest that a duality relating M-theory ona certain class of Spin(7) manifolds with F-theory on the same manifolds timesan interval exists. The Spin(7) geometries under consideration are constructedas quotients of elliptically fibered Calabi-Yau fourfolds by ananti-holomorphic and isometric involution. The three-dimensional minimallysupersymmetric effective action of M-theory on a general Spin(7) manifold withfluxes is determined and specialized to the aforementioned geometries. Thiseffective theory is compared with an interval Kaluza-Klein reduction of anon-supersymmetric four-dimensional theory with definite boundary conditionsfor all fields. Using this strategy a minimal set of couplings of thefour-dimensional low-energy effective actions is obtained in terms of theSpin(7) geometric data. We also discuss briefly the string interpretation inthe Type IIB weak coupling limit.

We study a model with a real scalar Higgs field and a scalar triplet fieldthat allows existence of a topological defect -- a domain wall. The wall breaksthe global $O(3)$ symmetry of the model, which gives rise to non-Abelianorientational degrees of freedom. We found an exact analytic solution thatdescribes a domain wall with a localized configuration of the triplet field onit. This solution enables one to calculate contributions to the action from theorientational and translational degrees of freedom of the triplet field. Wealso study the linear stability of the domain wall with the triplet fieldswitched off. We obtain that degrees of freedom localized on the wall canappear or do not appear depending on the parameters of the model.

We consider finite deformations of the p+2-dimensional Schwarzschild geometrywhich obey the vacuum Einstein equation, preserve the mean curvature andinduced conformal metric on a sphere a distance $\lambda$ from the horizon andare regular on the future horizon. We show perturbatively that in the limit$\lambda$ approaches 0 the deformations are given by solutions of the nonlinearincompressible Navier-Stokes equation on the p-sphere. This relation provides alink between global existence for p-dimensional incompressible Navier-Stokesfluids and a novel form of cosmic censorship in p+2-dimensional generalrelativity.

We reformulate the scattering amplitudes of 4D flat space gauge theory andgravity in the language of a 2D CFT on the celestial sphere. The resulting CFTstructure exhibits an OPE constructed from 4D collinear singularities, as wellas infinite-dimensional Kac-Moody and Virasoro algebras encoding the asymptoticsymmetries of 4D flat space. We derive these results by recasting 4D dynamicsin terms of a convenient foliation of flat space into 3D Euclidean AdS andLorentzian dS geometries. Tree-level scattering amplitudes take the form ofWitten diagrams for a continuum of (A)dS modes, which are in turn equivalent toCFT correlators via the (A)dS/CFT dictionary. The Ward identities for the 2Dconserved currents are dual to 4D soft theorems, while the bulk-boundarypropagators of massless (A)dS modes are superpositions of the leading andsubleading Weinberg soft factors of gauge theory and gravity. In general, themassless (A)dS modes are 3D Chern-Simons gauge fields describing the soft,single helicity sectors of 4D gauge theory and gravity. Consistent with thetopological nature of Chern-Simons theory, Aharonov-Bohm effects record the"tracks" of hard particles in the soft radiation, leading to a simplecharacterization of gauge and gravitational memories. Soft particle exchangesbetween hard processes define the Kac-Moody level and Virasoro central charge,which are thereby related to the 4D gauge coupling and gravitational strengthin units of an infrared cutoff. Finally, we discuss a toy model for black holehorizons via a restriction to the Rindler region.

We extend the coupling to the topological backgrounds, recently worked outfor the 2-dimensional BF-model, to the most general Poisson sigma models. Thecoupling involves the choice of a Casimir function on the target manifold andmodifies the BRST transformations. This in turn induces a change in the BRSTcohomology of the resulting theory. The observables of the coupled theory areanalyzed and their geometrical interpretation is given. We finally couple thetheory to 2-dimensional topological gravity: this is the first step to study atopological string theory in propagation on a Poisson manifold. As anapplication, we show that the gauge-fixed vectorial supersymmetry of thePoisson sigma models has a natural explanation in terms of the theory coupledto topological gravity.

We present the first determination of $\rho \pi$ scattering, incorporatingdynamically-coupled partial-waves, using lattice QCD, a first-principlesnumerical approach to QCD. Considering the case of isospin-2 $\rho \pi$, wecalculate partial-wave amplitudes with $J \le 3$ and determine the degree ofdynamical mixing between the coupled $S$ and $D$-wave channels with $J^P=1^+$.The analysis makes use of the relationship between scattering amplitudes andthe discrete spectrum of states in the finite volume lattice. Constraints onthe scattering amplitudes are provided by over one hundred energy levelscomputed on two lattice volumes at various overall momenta and in severalirreducible representations of the relevant symmetry groups. The spectra followfrom variational analyses of matrices of correlations functions computed withlarge bases of meson-meson operators. Calculations are performed withdegenerate light and strange quarks tuned to the physical strange quark mass sothat $m_\pi \sim 700$ MeV, ensuring that the $\rho$ is stable against strongdecay. This work demonstrates the successful application of techniques, openingthe door to calculations of scattering processes that incorporate the effectsof dynamically-coupled partial-waves, including those involving resonances orbound states.