The future of new physics searches at the LHC will be to look for hadronic signals with jets. In order to distinguish a hadronic signal from its background, it is important to develop advanced collider physics techniques that make accurate theoretical predictions. This work centers on phenomenological and formal studies of Quantum Chromodynamics (QCD), including resummation of hadronic observables using Soft Collinear Effective Theory (SCET), calculating anomalous dimensions of multi-Wilson line operators in AdS, and improving jet physics analysis using multiple event interpretations. / Physics

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Until now the quantum field theory (QFT) that successfully describes the electric, weak and strong interactions (three out of the four fundamental forces) between particles is the Standard Model, but it omits gravity. The prime candidate for a quantum theory of gravity is string theory. However, recent developments in string theory suggest that a portion of the alternative quantum field theories that are being considered, are incompatible with gravity. In 2005, this led string theorists to outline the conditions an effective field theory (EFT) should satisfy in order to be consistent with a quantum theory of gravity. These conditions are the ones that separate the so-called landscape from the swampland. An EFT that satisfies these conditions is said to reside in the landscape, while EFTs that do not satisfy these conditions belong to the swampland. This mapping out of EFTs to the swampland gives rise to a number of predictions that are related to the physics of the Early universe and the nature of dark energy. The de Sitter conjecture and the Trans-Planckian censorship conjecture are some of these conditions and will be the main focus of this thesis. The main purpose behind this work is to gain a deep understanding of each criterium, as well as unravel their implications and predictions related to the dynamics of the Early Universe. We do this by writing a pedagogical introduction of the topic and by introducing some possible alternative to the inflationary scenario, cosmologies that seem to be consistent with the aforementioned constraints.

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Das Standardmodell der Teilchenphysik kann als die Niedrigenergielimit einer allgemeineren effektiven Feldtheorie des Standardmodells (SMEFT) betrachtet werden, die die Dynamik möglicher ultraviolette Vervollständigung in Form von höherdimensionalen Operatoren erfasst. Der zugehörige Parameterbereich ist groß und beinhaltet komplexe Mischungsmuster unter dem Renormierungsgruppenfluss (RG fluss). Dies erfordert eine gute Kontrolle über die Theorie und die Entwicklung effizienter Rechenwerkzeuge. In dieser Arbeit untersuchen wir allgemeiner effektive Feldtheorien. Wir haben dieses Vorhaben in zwei zentrale Themen unterteilt. Im ersten Teil untersuchen wir die Renormierung skalarer effektiver Feldtheorien auf Mehrschleifenordnung und bis zu hohen Massendimensionen. Neben der Generierung vieler neuer perturbativen Daten analysieren wir die wiederkehrenden Muster in der RG-Mischung und den Operatorenbasen, die diese aufzeigen. Die von uns entwickelten Werkzeuge und getroffenen Schlussfolgerungen lassen sich auch auf andere Theorien, wie die SMEFT, übertragen. Im zweiten Teil untersuchen wir die Erweiterung des Doppelkopierens (\emph{double copy}) auf effektive Feldtheorien auf Baum-Niveau. Das Doppelkopieren ist ursprünglich eine Beziehung zwischen den Amplituden der Yang--Mills-Theorie und der Gravitation und beruht auf einer nicht-trivialen Eigenschaft von Yang--Mills-Amplituden namens Farb-Kinematik-Dualität (\emph{color-kinematics duality}). Wir bewerten ihre Einschränkungen für höherdimensionale Operatoren und nutzen sie für die effiziente Erzeugung von Amplituden. Eines unserer Hauptergebnisse ist eine Reihe von Amplitudenrelationen, die höherdimensionale Korrekturen zur Yang--Mills-Theorie in Form von Bausteinen niedrigster Ordnung effizient codieren. / The Standard Model of particle physics can be seen as the low energy limit of a more general Standard Model effective field theory (SMEFT), which captures the dynamics of possible ultraviolet completions in terms of higher-dimensional operators. The associated parameter space is large and involves intricate mixing patterns under the renormalization group (RG) flow. This demands good control over the theory and the development of efficient computational tools. In this thesis we study effective field theories more generally. We have split this endeavor into two central themes. In Part I, we study the renormalization of scalar effective field theories at multi-loop order and up to high mass dimensions. Besides generating a lot of new perturbative data, we analyze the reoccurring patterns in the RG mixing and the operator bases that expose these. The tools we develop and conclusions we make extend to other theories, such as the SMEFT. In Part II, we study the extension of the double copy to effective field theories at tree level. The double copy is originally a relation between the amplitudes of Yang--Mills theory and gravity, and it relies on a non-trivial property of Yang--Mills amplitudes called the color-kinematics duality. We assess its restrictiveness for higher-dimensional operators, and we employ it for efficient amplitude generation. One of our main results is a set of amplitude relations which efficiently encode higher-derivative corrections to Yang--Mills theory in terms of lowest-order building blocks.

Die am LHC gewonnen Ergebnisse stimmen überwiegend mit den Vorhersagen des Standardmodells der Teilchenphysik (SM) überein, doch die Notwendigkeit von Physik jenseits des Standardmodells (BSM) bleibt. Allerdings führt kein klarer Weg zu einem Nachfolger des Standardmodells. In dieser Arbeit wird daher ein allgemeines theoretisches Werkzeug für die Erforschung der Grenzen des SM verwendet: die Effektiven Feldtheorien (EFTs). In dieser Arbeit wird die Standard Model Effective Field Theory (SMEFT) benutzt, um das Potential des zukünftigen Hadronenbeschleunigers FCC-hh zu beurteilen. Hierfür wird der Vh-Produktionsprozess untersucht. Die Sensitivität dieser Kanäle wird durch die Messung von doppelt differenziellen Wirkungsquerschnitten möglich. Die Abwesenheit von Eich-Anomalien ist nötig, um die Konsistenz einer Quantenfeldtheorie zu bewahren. Es wird gezeigt, dass die SMEFT bis zur Massendimension 6 für beliebige Werte seiner WCs frei von aus Dreiecks-Anomalien stammenden Eich-Anomalien ist. Die bosonischen EFT-Techniken werden auch benutzt, um die Beziehung zwischen gemischten globalen Eich-Anomalien und Axion-Kopplungen zu Vektorbosonen in Axion-EFTs zu analysieren. Es ergibt sich, dass diese in keiner Beziehung zueinander stehen, wenn schwere chirale Fermionen ausintegriert werden. Dieser Fakt verknüpft Axion-EFTs mit chiralen Erweiterungen des Standardmodells. Für nichtabelsche Eichbosonen werden IR-Summenregeln gefunden, deren Verletzung die Anwesenheit chiraler Felder im UV-Bereich anzeigen. Es wird eine minimale Erweiterung des Standardmodells als Beispiel studiert. Letztlich wird gezeigt, wie alte Formalismen zu neuen Einsichten führen können. Helizitäts-Spinoren und Streuamplituden werden eingeführt und es wird diskutiert, wie sie die Berechnung der Amplituden erleichtern und inwiefern sie eine Alternative zu EFTs darstellen. Die VVh- und VVhh-Amplituden werden studiert und ihre Hoch-Energie-Grenzwerte einschließlich verschiedener BSM-Beiträge berechnet. / The results obtained at the LHC agree well with the predictions of the Standard Model of particle physics (SM). However, the need for Beyond the Standard Model (BSM) physics remains. But there is no clear path towards a successor for the SM. Hence, we must prepare the tools needed to explore the frontiers of physics thoroughly. In this work, we study one of the main theoretical tools that can be used for such an exploration, Effective Field Theories (EFTs). We use the Standard Model Effective Field Theory (SMEFT) to study the Vh production process at FCC-hh, assessing the discovery potential of that future collider. The sensitivity to BSM effects is improved via the measurement of doubly-differential cross-sections. We also study the relation between EFTs and anomalies. The absence of gauge anomalies is required to preserve the consistency of a Quantum Field Theory. We prove that SMEFT at dimension 6 is free from gauge anomalies coming from triangle diagrams for any value of its WCs. Then, we analyse the relationship in axion EFTs between mixed global-gauge anomalies and axion couplings to vector bosons. They turn out to be unrelated when heavy chiral fermions are integrated out, linking axion EFTs to chiral extensions of the SM. We find IR sum rules whose violation indicate the presence of chiral fields in the UV. We show and study a minimal phenomenologically relevant model as an example. Finally, we explore how revisiting old formalisms can lead to new insights. We introduce the helicity spinor and scattering amplitudes formalisms and show how they facilitate the computation of cross sections and discuss how they constitute an alternative to EFTs as a parametrisation of BSM effects. We study the VVh and VVhh amplitudes, of which we compute the high-energy limit including different BSM contributions.

L’existence de physique au-delà du modèle standard semble de plus en plus évidente, notamment en raison d’observations d’anomalies dans plusieurs phénomènes. De plus, certains phénomènes tels que la matière noire, la gravité et l’asymétrie baryonique dans l’univers sont inexpliqués. Ce mémoire s’intéresse à la recherche de nouvelle physique à basse énergie par l’approche des EFT et se penche sur les prédictions à basse énergie d’une EFT en particulier : la SMEFT. Le premier article présenté s’intéresse aux anomalies présentes dans les données expérimentales liées aux mésons B et teste les prédictions de la SMEFT pour la désintégration b → cτν jusqu’à la dimension massive 6. Le but est de vérifier si la symétrie du modèle standard, soit SU(3)_C × SU(2)_L × U(1)_Y, est réalisée linéairement à haute énergie par la nouvelle physique. Le deuxième article détermine les relations de correspondance entre les opérateurs LEFT jusqu’à la dimension massive 6 et les opérateurs SMEFT jusqu’à la dimension massive 8. / The existence of physics beyond the Standard Model seems more and more obvious, partially because of observations of anomalies in many phenomena. Moreover, some phenomena such as dark matter, gravity and the baryon asymmetry in the universe are unexplained. This thesis addresses the search of New Physics at low energies using the EFT approach and looks into the predictions of low-energy predictions of one EFT in particular: SMEFT. The first paper presented addresses anomalies present in experimental data related to B mesons and tests the predictions of SMEFT for b → cτν decays up to mass dimension 6. The goal is to check if the Standard Model symmetry, being SU(3)_C × SU(2)_L × U(1)_Y, is linearly realized at high energy by the New Physics. The second paper determines the matching conditions between LEFT operators up to mass dimension 6 and SMEFT operators up to mass dimension 8.