We analyze the classical and quantum vacua of 2d $\mathcal{N}=(8,8)$supersymmetric Yang-Mills theory with $SU(N)$ and $U(N)$ gauge group,describing the worldvolume interactions of $N$ parallel D1-branes with flattransverse directions $\mathbb{R}^8$. We claim that the IR limit of the $SU(N)$theory in the superselection sector labeled $M \pmod{N}$ --- identified withthe internal dynamics of $(M,N)$-string bound states of Type IIB string theory--- is described by the symmetric orbifold $\mathcal{N}=(8,8)$ sigma model into$(\mathbb{R}^8)^{D-1}/\mathbb{S}_D$ when $D=\gcd(M,N)>1$, and by a singlemassive vacuum when $D=1$, generalizing the conjectures of E. Witten andothers. The full worldvolume theory of the D1-branes is the $U(N)$ theory withan additional $U(1)$ 2-form gauge field $B$ coming from the string theoryKalb-Ramond field. This $U(N)+B$ theory has generalized field configurations,labeled by the $\mathbb{Z}$-valued generalized electric flux and an independent$\mathbb{Z}_N$-valued 't Hooft flux. We argue that in the quantum mechanicaltheory, the $(M,N)$-string sector with $M$ units of electric flux has a$\mathbb{Z}_N$-valued discrete $\theta$ angle specified by $M \pmod{N}$ dual tothe 't Hooft flux. Adding the brane center-of-mass degrees of freedom to the$SU(N)$ theory, we claim that the IR limit of the $U(N) + B$ theory in thesector with $M$ bound F-strings is described by the $\mathcal{N}=(8,8)$ sigmamodel into ${\rm Sym}^{D} ( \mathbb{R}^8)$. We provide strong evidence forthese claims by computing an $\mathcal{N}=(8,8)$ analog of the elliptic genusof the UV gauge theories and of their conjectured IR limit sigma models, andshowing they agree. Agreement is established by noting that the elliptic generaare modular-invariant Abelian (multi-periodic and meromorphic) functions, whichturns out to be very restrictive.

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 study radiation of supersymmetric particles from an Aharonov-Bohm stringassociated with a discrete R-symmetry. Radiation of the lightest supersymmetricparticle, when combined with the observed dark matter density, imposesconstraints on the string tension or the freeze-out temperature of theparticle. We also calculate the amplitude for Aharonov-Bohm radiation ofmassive spin $3/2$ particles.

We examine interacting Abelian theories at low energies and show thatholomorphically normalized photon helicity amplitudes transform into dualamplitudes under SL(2,Z) as modular forms with weights that depend on thenumber of positive and negative helicity photons and on the number of internalphoton lines. Moreover, canonically normalized helicity amplitudes transform bya phase, so that even though the amplitudes are not duality invariant, theirsquares are duality invariant. We explicitly verify the duality transformationat one loop by comparing the amplitudes in the case of an electron and the dyonthat is its SL(2,Z) image, and extend the invariance of squared amplitudesorder by order in perturbation theory. We demonstrate that S-duality isproperty of all low-energy effective Abelian theories with electric and/ormagnetic charges and see how the duality generically breaks down at highenergies.

In this work we investigate medium modifications to the interference patternbetween initial and final state radiation. We compute single gluon productionoff a highly energetic parton that undergoes a hard scattering and subsequentlycrosses a dense QCD medium of finite size. We extend our previous studiesobtained at first order in opacity by providing general results for multiplesoft scatterings and their specific formulation within the harmonic oscillatorapproximation. We show that there is a gradual onset of decoherence between theinitial and final state radiation due to multiple scatterings, that opens thephase space for large angle emissions. By examining the multiplicity ofproduced gluons, we observe a potentially large double logarithmic enhancementfor dense media and small opening angles. This result points to a possiblemodification of the evolution equations due to a QCD medium of finite size. Webriefly comment on the phenomenological consequences of this setup inhigh-energy nuclear collisions.

We analyze the semileptonic $B\to K_2^*(1430)l^+l^-$ transition in universalextra dimension model. In particular, we present the sensitivity of relatedobservables such as branching ratio, polarization distribution andforward-backward asymmetry to the compactification factor (1/R) of extradimension. The obtained results from extra dimension model show overall aconsiderable deviation from the standard model predictions for small values ofthe compactification factor. This can be considered as an indication forexistence of extra dimensions.

We present the complete computation of the tree-level and the next-to-leadingorder electroweak contributions to bottom-squark pair production at the LHC.The computation is performed within the minimal supersymmetric extension of theStandard Model. We discuss the numerical impact of these contributions inseveral supersymmetric scenarios.

We perform a detailed analysis of the phenomenological properties of hiddenAbelian gauge bosons with a kinetic mixing with the ordinary photon within typeIIB flux compactifications. We study the interplay between moduli stabilisationand the Green-Schwarz mechanism that gives mass to the hidden photon payingparticular attention to the role of D-terms. We present two generic classes ofexplicit Calabi-Yau examples with an isotropic and an anisotropic shape of theextra dimensions showing how the last case turns out to be very promising tomake contact with current experiments. In fact, anisotropic compactificationslead naturally to a GeV-scale hidden photon ("dark forces" that can be searchedfor in beam dump experiments) for an intermediate string scale; or even to anmeV-scale hidden photon (which could lead to a "hidden CMB" and can be testedby light-shining-through-a-wall experiments) in the case of TeV-scale strings.

We extend the study of corrections to the eikonal approximation that wasinitiated in Ref. \cite{Altinoluk:2014oxa} to higher orders. These correctionsassociated with the finite width of the target are investigated and the gluonpropagator in background field is calculated at next-to-next-to-eikonalaccuracy. The result is then applied to the single inclusive gluon productioncross section at central rapidities and the light-front helicity asymmetry, inpA collisions, in order to analyse these observables beyond the eikonal limit.The next-to-next-to-eikonal corrections to the unpolarized cross section arenon-zero and provide the first corrections to the usual $k_\perp$-factorizedexpression. In contrast, the eikonal and next-to-next-to-eikonal contributionsto the helicity asymmetry vanish, while the next-to-eikonal ones are non-zero.

We examine the Regge (high energy) limit of 4-point scattering in both QCDand gravity, using recently developed techniques to systematically compute allcorrections up to next-to-leading power in the exchanged momentum i.e. beyondthe eikonal approximation. We consider the situation of two scalar particles ofarbitrary mass, thus generalising previous calculations in the literature. InQCD, our calculation describes power-suppressed corrections to the Reggeisationof the gluon. In gravity, we confirm a previous conjecture that next-to-softcorrections correspond to two independent deflection angles for the incomingparticles. Our calculations in QCD and gravity are consistent with thewell-known double copy relating amplitudes in the two theories.