We present a new construction of four dimensional $\mathcal N=3$ theories,given by M5 branes wrapping a $T^2$ in an M-theory U-fold background. Theresulting setup generalizes the one used in the usual class $\mathcal S$construction of four dimensional theories by using an extra discrete symmetryon the M5 worldvolume. Together with the M-theory U-fold description of $(0,2)$$E$-type six-dimensional SCFTs, this allows to construct new, exceptional,$\mathcal N=3$ theories.

Non-Abelian vortices arise when a non-Abelian global symmetry is exact in theground state but spontaneously broken in the vicinity of their cores. In thiscase, there appear (non-Abelian) Nambu-Goldstone (NG) modes confined andpropagating along the vortex. In relativistic theories, theColeman-Mermin-Wagner theorem forbids the existence of a spontaneous symmetrybreaking, or a long-range order, in 1+1 dimensions: quantum corrections restorethe symmetry along the vortex and the NG modes acquire a mass gap. We show thatin non-relativistic theories NG modes with quadratic dispersion relationconfined on a vortex can remain gapless at quantum level. We provide a concreteand experimentally realizable example of a three-component Bose-Einsteincondensate with U(1) x U(2) symmetry. We first show, at the classical level,the existence of S^3 = S^1 |x S^2 (S^1 fibered over S^2) NG modes associated tothe breaking U(2) -> U(1) on vortices, where S^1 and S^2 correspond to type Iand II NG modes, respectively. We then show, by using a Bethe ansatz technique,that the U(1) symmetry is restored, while the SU(2) symmery remains brokennon-pertubatively at quantum level. Accordingly, the U(1) NG mode turns into ac=1 conformal field theory, the Tomonaga-Luttinger liquid, while the S^2 NGmode remains gapless, describing a ferromagnetic liquid. This allows the vortexto be genuinely non-Abelian at quantum level.

We investigate the structure of the moduli space of multiple BPS non-Abelianvortices in U(N) gauge theory with N fundamental Higgs fields, focusing ourattention on the action of the exact global (color-flavor diagonal) SU(N)symmetry on it. The moduli space of a single non-Abelian vortex, CP(N-1), isspanned by a vector in the fundamental representation of the global SU(N)symmetry. The moduli space of winding-number k vortices is instead spanned byvectors in the direct-product representation: they decompose into the sum ofirreducible representations each of which is associated with a Young tableaumade of k boxes, in a way somewhat similar to the standard group compositionrule of SU(N) multiplets. The K\"ahler potential is exactly determined in eachmoduli subspace, corresponding to an irreducible SU(N) orbit of thehighest-weight configuration.

When solving renormalisation group equations in a quantum field theory, oneoften specifies the boundary conditions at multiple renormalisation scales,such as the weak and grand-unified scales in a theory beyond the standardmodel. A point in the parameter space of such a model is usually specified bythe values of couplings at these boundaries of the renormalisation group flow,but there is no theorem guaranteeing that such a point has a unique solution tothe associated differential equations, and so there may exist multiple,phenomenologically distinct solutions, all corresponding to the same point inparameter space. We show that this is indeed the case in the constrainedminimal supersymmetric standard model (CMSSM), and we exhibit such solutions,which cannot be obtained using out-of-the-box computer programs in the publicdomain. Some of the multiple solutions we exhibit have CP-even lightest Higgsmass predictions between 124 and 126 GeV. Without an exhaustive 11-dimensionalMSSM parameter scan per CMSSM parameter point to capture all of the multiplesolutions, CMSSM phenomenological analyses are incomplete.

We initiate the construction of gauge fluxes in F-theory compactifications ongenus-one fibrations which only have a multi-section as opposed to a section.F-theory on such spaces gives rise to discrete gauge symmetries in theeffective action. We generalize the transversality conditions on gauge fluxesknown for elliptic fibrations by taking into account the properties of theavailable multi-section. We test these general conditions by constructing allvertical gauge fluxes in a bisection model with gauge group SU(5) x Z2. Thenon-abelian anomalies are shown to vanish. These flux solutions are dynamicallyrelated to fluxes on a fibration with gauge group SU(5) x U(1) by a conifoldtransition. Considerations of flux quantization reveal an arithmetic constrainton certain intersection numbers on the base which must necessarily be satisfiedin a smooth geometry. Combined with the proposed transversality conditions onthe fluxes these conditions are shown to imply cancellation of the discrete Z2gauge anomalies as required by general consistency considerations.

We build the framework for performing loop computations in the defect versionof N=4 super Yang-Mills theory which is dual to the probe D5-D3 brane systemwith background gauge-field flux. In this dCFT, a codimension-one defectseparates two regions of space-time with different ranks of the gauge group andthree of the scalar fields acquire non-vanishing and space-time-dependentvacuum expectation values. The latter leads to a highly non-trivial mass mixingproblem between different colour and flavour components, which we solve usingfuzzy-sphere coordinates. Furthermore, the resulting space-time dependence ofthe theory's Minkowski space propagators is handled by reformulating these aspropagators in an effective AdS4. Subsequently, we initiate the computation ofquantum corrections. The one-loop correction to the one-point function of anylocal gauge-invariant scalar operator is shown to receive contributions fromonly two Feynman diagrams. We regulate these diagrams using dimensionalreduction, finding that one of the two diagrams vanishes, and discuss theprocedure for calculating the one-point function of a generic operator from theSU(2) subsector. Finally, we explicitly evaluate the one-loop correction to theone-point function of the BPS vacuum state, finding perfect agreement with anearlier string-theory prediction. This constitutes a highly non-trivial test ofthe gauge-gravity duality in a situation where both supersymmetry and conformalsymmetry are partially broken.

We construct supersymmetric completions of various curvature squared terms infive dimensional supergravity with eight supercharges. Adopting the dilatonWeyl multiplet, we obtain the minimal off-shell supersymmetric Ricci scalarsquared as well as all vector multiplets coupled curvature squared invariants.Since the minimal off-shell supersymmetric Riemann tensor squared andGauss-Bonnet combination in the dilaton Weyl multiplet have been obtainedbefore, both the minimal off-shell and the vector multiplets coupled curvaturesquared invariants in the dilation Weyl multiplet are complete. We alsoconstructed an off-shell Ricci scalar squared invariant utilizing the standardWeyl multiplet. The supersymmetric Ricci scalar squared in the standard Weylmultiplet is coupled to n number of vector multiplets by construction, and itdeforms the very special geometry. We found that in the supersymmetric AdS_5vacuum, the very special geometry defined on the moduli space is modified in asimple way. Finally, we study the magnetic string and electric black holesolutions in the presence of supersymmetric Ricci scalar squared.

First order phase transitions are characterized by the nucleation andevolution of bubbles. The dynamics of cosmological vacuum bubbles, where theorder parameter is independent of other degrees of freedom, are well known;more realistic phase transitions in which the order parameter interacts withthe other constituents of the Universe is in its infancy. Here we presenthigh-resolution lattice simulations that explore the dynamics of bubbleevolution in which the order parameter is coupled to a relativistic fluid. Weuse a generic, toy potential, that can mimic physics from the GUT scale to theelectroweak scale.

We study holographic entanglement entropy in the background of chargeddilatonic black holes which can be viewed as holographic duals of certainfinite density states of N=4 super Yang-Mills. These charged black holes aredistinguished in that they have vanishing ground state entropy. Theentanglement entropy for a slab experiences a second order phase transition asthe thickness of the slab is varied, while the entanglement entropy for asphere is a smooth function of the radius. This suggests that the second scaleintroduced by the anisotropy of the slab plays an important role in driving thephase transition. In both cases we do not observe any logarithmic violation ofthe area law indicative of hidden Fermi surfaces. We investigate how theseresults are affected by the inclusion of the Gauss-Bonnet term in the bulkgravitational action. We also observe that such addition to the bulk actiondoes not change the logarithmic violation of the area law in the backgroundswith hyperscaling violation.

It is demonstrated that the NLO forward BFKL equation can be solved in thespace of its Born eigenfunctions.