We study a simple five-dimensional extension of the Standard Model,compactified on a flat line segment in which there propagate Higgs and gaugebosons of the Standard Model. We impose a Dirichlet boundary condition on theHiggs field to realize its vacuum expectation value. Since a flatNambu-Goldstone zero-mode of the bulk Higgs is eliminated by the Dirichletboundary condition, a superposition of the Higgs Kaluza-Klein modes play therole of the Nambu-Goldstone boson except at the boundaries. We discussphenomenology of our model at the LHC, namely the top Yukawa deviation and theproduction and decay of the physical Higgs field, as well as the constraintsfrom the electroweak precision measurements.

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.

We give a unified division algebraic description of (D=3, N=1,2,4,8), (D=4,N=1,2,4), (D=6, N=1,2) and (D=10, N=1) super Yang-Mills theories. A given(D=n+2, N) theory is completely specified by selecting a pair (A_n, A_{nN}) ofdivision algebras, A_n, A_{nN} = R, C, H, O, where the subscripts denote thedimension of the algebras. We present a master Lagrangian, defined overA_{nN}-valued fields, which encapsulates all cases. Each possibility isobtained from the unique (O, O) (D=10, N=1) theory by a combination ofCayley-Dickson halving, which amounts to dimensional reduction, and removingpoints, lines and quadrangles of the Fano plane, which amounts to consistenttruncation. The so-called triality algebras associated with the divisionalgebras allow for a novel formula for the overall (spacetime plus internal)symmetries of the on-shell degrees of freedom of the theories. We use imaginaryA_{nN}-valued auxiliary fields to close the non-maximal supersymmetry algebraoff-shell. The failure to close for maximally supersymmetric theories isattributed directly to the non-associativity of the octonions.

In a large class of models for Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs),the WIMP mass $M$ lies far above the weak scale $m_W$. This work identifiesuniversal Sudakov-type logarithms $\sim \alpha \log^2 (2\,M/m_W)$ that spoilthe naive convergence of perturbation theory for annihilation processes. Aneffective field theory (EFT) framework is presented, allowing the systematicresummation of these logarithms. Another impact of the large separation ofscales is that a long-distance wave-function distortion from electroweak bosonexchange leads to observable modifications of the cross section. Carefulaccounting of momentum regions in the EFT allows the rigorously disentanglementof this so-called Sommerfeld enhancement from the short distance hardannihilation process. The WIMP is modeled as a heavy-particle field, while thelight, energetic, final-state electroweak gauge bosons are treated as soft andcollinear fields. Hard matching coefficients are computed at renormalizationscale $\mu \sim 2\,M$, then evolved down to $\mu \sim m_W$, where electroweaksymmetry breaking is incorporated and the matching onto the relevant quantummechanical Hamiltonian is performed. The example of an $SU(2)_W$ triplet scalardark matter candidate annihilating to line photons is used for concreteness,allowing the numerical exploration of the impact of next-to-leading ordercorrections and log resummation. For $M \simeq 3$ TeV, the resummed Sommerfeldenhanced cross section is reduced by a factor of $\sim 3$ with respect to thetree-level fixed order result.

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 exploit offshell regions in the process $e^+e^-\rightarrow W^+W^-b\bar{b}$to gain access to the top-quark width. Working at next-to-leading order in QCDwe show that carefully selected ratios of offshell regions to onshell regionsin the reconstructed top and antitop invariant mass spectra are,\emph{independently} of the coupling $g_{tbW}$, sensitive to the top-quarkwidth. We explore this approach for different centre of mass energies andinitial-state beam polarisations at $e^+e^-$ colliders and briefly comment onthe applicability of this method for a measurement of the top-quark width atthe LHC.

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.

Supersymmetry provides a well-established theoretical framework forextensions of the standard model of particle physics and the generalunderstanding of quantum field theories. We summarise here our investigationsof N=1 supersymmetric Yang-Mills theory with SU(2) gauge symmetry using thenon-perturbative first-principles method of numerical lattice simulations. Thestrong interactions of gluons and their superpartners, the gluinos, lead toconfinement, and a spectrum of bound states including glueballs, mesons, andgluino-glueballs emerges at low energies. For unbroken supersymmetry theseparticles have to be arranged in supermultiplets of equal masses. In latticesimulations supersymmetry can only be recovered in the continuum limit since itis explicitly broken by the discretisation. We present the first continuumextrapolation of the mass spectrum of supersymmetric Yang-Mills theory. Theresults are consistent with the formation of supermultiplets and the absence ofnon-perturbative sources of supersymmetry breaking. Our investigations alsoindicate that numerical lattice simulations can be applied to non-trivialsupersymmetric theories.

We present an undated comprehensive analysis for the simplest dark mattermodel in which a real singlet scalar with a $Z_2$ symmetry is introduced toextend the standard model. According to the observed dark matter abundance, wepredict the dark matter direct and indirect detection cross sections for thewhole parameter space. The Breit-Wigner resonance effect has been considered tocalculate the thermally averaged annihilation cross section. It is found thatthree regions can be excluded by the current direct and indirect dark mattersearch experiments. In addition, we also discuss the implication of this modelfor the Higgs searches at colliders.