The gravitational dual of an insulator/superconductor transition driven byincreasing the chemical potential has recently been constructed. However, thesystem was studied in a probe limit and only a part of the phase diagram wasobtained. We include the backreaction and construct the complete phase diagramfor this system. For fixed chemical potential there are typically two phasetransitions as the temperature is lowered. Surprisingly, for a certain range ofparameters, the system first becomes a superconductor and then becomes aninsulator as the temperature approaches zero. As a byproduct of our analysis,we also construct the gravitational dual of a Bose-Einstein condensate ofglueballs in a confining gauge theory.

When continuous parameters in a QFT are varied adiabatically, quantum statestypically undergo mixing---a phenomenon characterized by the Berry phase. Weinitiate a systematic analysis of the Berry phase in QFT using standard quantummechanics methods. We show that a non-trivial Berry phase appears in manyfamiliar QFTs. We study a variety of examples including free electromagnetismwith a theta angle, and certain supersymmetric QFTs in two and four spacetimedimensions. We also argue that a large class of QFTs with rich Berry propertiesis provided by CFTs with non-trivial conformal manifolds. Using theoperator-state correspondence we demonstrate in this case that the Berryconnection is equivalent to the connection on the conformal manifold derivedpreviously in conformal perturbation theory. In the special case of chiralprimary states in 2d N=(2,2) and 4d N=2 SCFTs the Berry phase is governed bythe tt* equations. We present a technically useful rederivation of theseequations using quantum mechanics methods.

We show that a certain class of light-like Wilson loops exhibits a Yangiansymmetry at one loop, or equivalently, in an Abelian theory. The Wilson loopswe discuss are equivalent to one-loop MHV amplitudes in N=4 super Yang-Millstheory in a certain kinematical regime. The fact that we find a Yangiansymmetry constraining their functional form can be thought of as the effect ofthe original conformal symmetry associated to the scattering amplitudes in theN=4 theory.

The holographic interpretation of the hydrodynamic entropy current isdeveloped for the case of hydrodynamics with a conserved charge. This iscarried out within a framework developed in earlier work, which showed how toassociate entropy currents with horizons in the dual geometry. The entropycurrent defined by the event horizon in the dual bulk geometry is calculated.It is also shown that to second order in the gradient expansion the dualgeometry possesses a unique Weyl-invariant apparent horizon which also definesan admissable entropy current. At first order both currents coincide with theresult obtained on the basis of a purely hydrodynamic analysis.

We first propose and study a quantum toy model of black hole dynamics. Themodel is unitary, displays quantum thermalization, and the Hamiltonian couplesevery oscillator with every other, a feature intended to emulate the colorsector physics of large-$\mathcal{N}$ matrix models. Considering out ofequilibrium initial states, we analytically compute the time evolution of everycorrelator of the theory and of the entanglement entropies, allowing a properdiscussion of global thermalization/scrambling of information through theentire system. Microscopic non-locality causes factorization of reduced densitymatrices, and entanglement just depends on the time evolution of occupationdensities. In the second part of the article, we show how the gained intuitionextends to large-$\mathcal{N}$ matrix models, where we provide a gaugeinvariant entanglement entropy for `generalized free fields', again dependingsolely on the quasinormal frequencies. The results challenge the fastscrambling conjecture and point to a natural scenario for the emergence of theso-called brick wall or stretched horizon. Finally, peculiarities of thesemodels in regards to the thermodynamic limit and the information paradox arehighlighted.

We investigate cosmological constraints on phenomenological models withdiscrete gauge symmetries by discussing the radiation of standard modelparticles from Aharonov-Bohm strings. Using intersecting D-brane models in TypeIIA string theory, we demonstrate that Aharonov-Bohm radiation, when combinedwith cosmological observations, imposes constraints on the compactificationscales.

We present a detailed description of N=2 stationary BPS multicenter blackhole solutions for quadratic prepotentials with an arbitrary number of centersand scalar fields making a systematic use of the algebraic properties of thematrix of second derivatives of the prepotential, $\mathcal{S}$, which in thiscase is a scalar-independent matrix. In particular we obtain bounds on thephysical parameter of the multicenter solution such as horizon areas and ADMmass. We discuss the possibility and convenience of setting up a basis of thesymplectic vector space built from charge eigenvectors of the $\ssigma$, theset of vectors $(\Ppm q_a)$ with $\Ppm$ $\ssigma$-eigenspace proyectors. The anti-involution matrix $\mathcal{S}$ can be understood as a Freudenthalduality $\tilde{x}=\ssigma x$. We show that this duality can be generalized to"Freudenthal transformations" $$x\to \lambda \exp (\theta \text{ssigma})x=ax+b\tilde{x}$$ under which the horizon area, ADM mass and intercenter distancesscale up leaving constant the fix point scalars. In the special case$\lambda=1$, "$\ssigma$-rotations", the transformations leave invariant thesolution. The standard Freudental duality can be written as $\tilde x= \exp(\pi/2 \ssigma) x .$ We argue that these generalizedtransformations leave also invariant the general stringy extremal quartic form$\Delta_4$, $\Delta_4(x)= \Delta_4(\cos\theta x+\sin\theta\tilde{x})$.

We investigate a strategy to search for light, nearly degenerate higgsinoswithin the natural MSSM at the LHC. We demonstrate that the higgsino mass range$\mu$ in $100-150$ GeV, which is preferred by the naturalness, can be probed at$2\sigma$ significance through the monojet search at 14 TeV HL-LHC with 3000fb$^{-1}$ luminosity. The proposed method can also probe certain region in theparameter space for the lightest neutralino with a high higgsino purity, thatcannot be reached by planned direct detection experiments at XENON-1T(2017).

Many extensions of the standard model (SM) involve new massive particlescharged under the electroweak gauge symmetry. The electroweakly interacting newparticles affect various SM processes through radiative corrections. We discussthe possibility of detecting such new particles based on the precisemeasurement of the SM processes at high energy hadron colliders. It then turnsout that Drell-Yan processes receive radiative corrections from theelectroweakly interacting particles at the level of ${\cal O}$(0.1-10) %. It ishence possible to indirectly search for the Higgsino up to the mass of 400 GeVand the quintet (5-plet) Majorana fermion up to the mass of 1200 GeV at thehigh-luminosity running of the Large Hadron Collider, if the systematicuncertainty associated with the estimation of the SM background becomes lowerthan the statistical one.

Motivated by the naturalness and neutrino mass generation, we study abilinear R-parity violating supersymmetric scenario with a light Higgsino-likelightest supersymmetric particle (LSP). We observe that the LSP dominantlydecays to $\nu h$ in a large part of the parameter space, and thus study thepair production of electroweakinos followed by the decays $\tilde\chi^\pm_1\to\tilde\chi^0_1 W^{\pm*}$ and $\tilde\chi^0_1\to \nu h$. This leads to aninteresting signature of Higgs boson pair production associated withsignificantly large missing transverse energy which is grossly distinct fromthe di-Higgs production in the Standard Model. We investigate the perspectiveof probing such signatures by performing a realistic detector level simulationof both the signal and corresponding backgrounds for the high-luminosity highenergy phase of the Large Hadron Collider (LHC). We also advocate someobservables based on kinematical features to provide an excellent handle tosuppress the backgrounds.