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.

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.

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.

A higher dimensional frame formalism is developed in order to studyimplications of the Bianchi identities for the Weyl tensor in vacuum spacetimesof the algebraic types III and N in arbitrary dimension $n$. It follows thatthe principal null congruence is geodesic and expands isotropically in twodimensions and does not expand in $n-4$ spacelike dimensions or does not expandat all. It is shown that the existence of such principal geodesic nullcongruence in vacuum (together with an additional condition on twist) impliesan algebraically special spacetime. We also use the Myers-Perry metric as anexplicit example of a vacuum type D spacetime to show that principal geodesicnull congruences in vacuum type D spacetimes do not share this property.

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.

The interplay of paramagnetism, zero modes of the Dirac operator andfermionic mass singularities on the fermionic determinants in quantumelectrodynamics in two, three and four dimensions is discussed.

The conception of the conformal phase transiton (CPT), which is relevant forthe description of non-perturbative dynamics in gauge theories, is introducedand elaborated. The main features of such a phase transition are established.In particular, it is shown that in the CPT there is an abrupt change of thespectrum of light excitations at the critical point, though the phasetransition is continuous. The structure of the effective action describing theCPT is elaborated and its connection with the dynamics of the partiallyconserved dilatation current is pointed out. The applications of these resultsto QCD, models of dynamical electroweak symmetry breaking, and to thedescription of the phase diagram in (3+1)-dimensional $ SU(N_c)$ gauge theoriesare considered.