Dessin d'Enfants on elliptic curves are a powerful way of encodingdoubly-periodic brane tilings, and thus, of four-dimensional supersymmetricgauge theories whose vacuum moduli space is toric, providing an interestinginterplay between physics, geometry, combinatorics and number theory. Wediscuss and provide a partial classification of the situation in genera otherthan one by computing explicit Belyi pairs associated to the gauge theories.Important also is the role of the Igusa and Shioda invariants that generalisethe elliptic $j$-invariant.

The aloof baby Skyrme model is a (2+1)-dimensional theory with solitons thatare lightly bound. It is a low-dimensional analogue of a similar Skyrme modelin (3+1)-dimensions, where the lightly bound solitons have binding energiescomparable to nuclei. A previous study of static solitons in the aloof babySkyrme model revealed that multi-soliton bound states have a cluster structure,with constituents that preserve their individual identities due to theshort-range repulsion and long-range attraction between solitons. Furthermore,there are many different local energy minima that are all well-described by asimple binary species particle model. In this paper we present the firstresults on soliton dynamics in the aloof baby Skyrme model. Numerical fieldtheory simulations reveal that the lightly bound cluster structure results in avariety of exotic soliton scattering events that are novel in comparison tostandard Skyrmion scattering. A dynamical version of the binary species pointparticle model is shown to provide a good qualitative description of thedynamics.

We initiate a comprehensive study of a set of solutions of topologicallymassive gravity known as null warped anti-de Sitter spacetimes. These arepp-wave extensions of three-dimensional anti-de Sitter space. We first performa careful analysis of the linearized stability of black holes in thesespacetimes. We find two qualitatively different types of solutions to thelinearized equations of motion: the first set has an exponential timedependence, the second - a polynomial time dependence. The solutions polynomialin time induce severe pathologies and moreover survive at the non-linear level.In order to make sense of these geometries, it is thus crucial to imposeappropriate boundary conditions. We argue that there exists a consistent set ofboundary conditions that allows us to reject the above pathological modes fromthe physical spectrum. The asymptotic symmetry group associated to theseboundary conditions consists of a centrally-extended Virasoro algebra. Usingthis central charge we can account for the entropy of the black holes viaCardy's formula. Finally, we note that the black hole spectrum is chiral andprove a Birkoff theorem showing that there are no other stationary axisymmetricblack holes with the specified asymptotics. We extend most of the analysis to alarger family of pp-wave black holes which are related to Schr\"odingerspacetimes with critical exponent z.

We reformulate Einstein's theory of gravity, isolating the conformal degreeof freedom in a covariant way. This is done by introducing a physical metricdefined in terms of an auxiliary metric and a scalar field appearing throughits first derivatives. The resulting equations of motion split into a tracelessequation obtained through variation with respect to the auxiliary metric and anadditional differential equation for the trace part. As a result the conformaldegree of freedom becomes dynamical even in the absence of matter. We show thatthis extra degree of freedom can mimic cold dark matter.

The fuzzy disc, introduced by the authors of Ref.[1], is a disc-shaped regionin a noncommutative plane, and is a fuzzy approximation of a commutative disc.In this paper we show that one can introduce a concept of angles to the fuzzydisc, by using the phase operator and phase states known in quantum optics. Wegave a description of a fuzzy disc in terms of operators and their commutationrelations, and studied properties of angular projection operators. A similarconstruction for a fuzzy annulus is also given. As an application, weconstructed fan-shaped soliton solutions of a scalar field theory on a fuzzydisc, which corresponds to a fan-shaped D-brane. We also applied this conceptto the theory of noncommutative gravity that we proposed in Ref.[2]. Inaddition, possible connections to black hole microstates, holography and anexperimental test of noncommutativity by laser physics are suggested.

We take advantage of the Sturm-Liouville eigenvalue problem to analyticallystudy the holographic insulator/superconductor phase transition in the probelimit. The interesting point is that this analytical method can not onlyestimate the most stable mode of the phase transition, but also the secondstable mode. We find that this analytical method perfectly matches with othernumerical methods, such as the shooting method. Besides, we argue that onlyDirichlet boundary condition of the trial function is enough under certaincircumstances, which will lead to a more precise estimation. This relaxationfor the boundary condition of the trial function is first observed in thispaper as far as we know.

We associate vertex operators to space-time diffeomorphisms in flat spacestring theory, and compute their algebra, which is a diffeomorphism algebrawith higher derivative corrections. As an application, we realize theasymptotic symmetry group BMS3 of three-dimensional flat space in terms ofvertex operators on the string worldsheet. This provides an embedding of theBMS3 algebra in a consistent theory of quantum gravity. Higher derivativecorrections vanish asymptotically. An appendix is dedicated to alpha primecorrected algebras in conformal field theory and string theory.

We classify possible supersymmetry-preserving relevant, marginal, andirrelevant deformations of unitary superconformal theories in $d \geq 3$dimensions. Our method only relies on symmetries and unitarity. Hence, theresults are model independent and do not require a Lagrangian description. Twounifying themes emerge: first, many theories admit deformations that reside inmultiplets together with conserved currents. Such deformations can lead tomodifications of the supersymmetry algebra by central and non-central charges.Second, many theories with a sufficient amount of supersymmetry do not admitrelevant or marginal deformations, and some admit neither. The classificationis complicated by the fact that short superconformal multiplets display a richvariety of sporadic phenomena, including supersymmetric deformations thatreside in the middle of a multiplet. We illustrate our results with examples indiverse dimensions. In particular, we explain how the classification ofirrelevant supersymmetric deformations can be used to derive known and newconstraints on moduli-space effective actions.

Current searches for the light top squark (stop) mostly focus on the decaychannels of $\tilde{t} \rightarrow t \chi_1^0$ or $\tilde{t} \rightarrow b\chi_1^\pm \rightarrow bW \chi_1^0$, leading to $t\bar{t}/bbWW+\met$ finalstates for stop pair productions at the LHC. However, in supersymmetricscenarios with light neutralinos and charginos other than the neutralinolightest supersymmetric particle (LSP), more than one decay mode of the stopcould be dominant. While those new decay modes could significantly weaken thecurrent stop search limits at the LHC, they also offer alternative discoverychannels for stop searches. In this paper, we studied the scenario with lightHiggsino next-to-LSPs (NLSPs) and Bino LSP. The light stop decays primarily via$\tilde t_1 \to t \chi_2^0/\chi_3^0$, with the neutralinos subsequent decayingto a $Z$ boson or a Higgs boson: $\chi_2^0/\chi^0_3 \to \chi_1^0 h/Z$. Pairproduction of light stops at the LHC leads to final states of $t \bar thh\met$, $t \bar t hZ\met$ or $t \bar t ZZ\met$. We consider three signalregions: one charged lepton (1$\ell$), two opposite sign charged leptons (2 OS$\ell$) and at least three charged leptons ($ \ge 3 \ell$). We found that the1$\ell$ signal region of channel $t \bar t hZ\met$ has the best reachsensitivity for light stop searches. For 14 TeV LHC with 300 ${\rm fb}^{-1}$integrated luminosity, a stop mass up to 900 GeV can be discovered at 5$\sigma$significance, or up to 1050 GeV can be excluded at 95\% C.L. Combining allthree decay channels for $1 \ell$ signal region extends the reach for about100$-$150 GeV. We also studied the stop reach at the 100 TeV $pp$ collider with3 ${\rm ab}^{-1}$ luminosity, with discovery and exclusion reach being 6 TeVand 7 TeV, respectively.