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An alternative approach to the problem of CP-violation is presented. It is based on the possibility of spontaneous CP-breakdown in models with two Higgs doublets. General features of the phenomenon such as stability of the vacuum and the existence of a light axion are discussed. We investigate the feasibility of spontaneously broken CP in the minimal supersymmetric models - the MSSM and NMSSM. The latter is shown to be experimentally viable. The phenomenological implications of the model such as CP-violating effects in the kaon systems and a nonzero neutron electric dipole moment are studied. / Ph. D.

This thesis is devoted to a discussion of two-dimensional theories with (0,2) supersymmetry. Examples of two-dimensional (0,2) gauged linear sigma models (GLSMs) are constructed for various spaces including Grassmannians, complete intersections in Grassmannians, and non-complete intersections such as Pfaffians. Generalizations of (2,2) Toda dual theories to (0,2) Toda-like theories are also discussed and some examples are given, including products of projective spaces and del Pezzo surfaces. Correlation functions are computed to show the examples are the correct mirror models. / Ph. D.

Zusammenfassung: In dieser Arbeit wird die Möglichkeit untersucht, am e+e- und am gamma-gamma Collider mittels einer Monte Carlo Methode supersymmetrische Signaturen zu entdecken. Im Wesentlichen wurde sich auf den Nachweis von Myonen konzentriert. Zuerst wird der Nachweis von R-Smyonen in e+e- Kollisionen untersucht, der die Grundlage zur Bestimmung der R-Smyonen Masse ist. Es stellte sich heraus, dass eine statistische Unsicherheit von 0.11 GeV erreicht werden kann. Unter Annahme der Realbedingungen am ILC Photon Collider wurde eine Studie durchgeführt, die den Nachweis von R-Smyonen und L-Smyonen Paaren bei Schwerpunktsenergien von energie e-e- = 0.5 und 0.6 TeV beinhalted. Die Simulation ergab, dass ein statistischer Fehler für die Verzweigungsverhältnisse L-Smyonen -> Myonen + Neutralino1 von 0.98% und L-Smyonen -> Myonen + Neutralino2 von 3.97% erreicht werden kann. Um die Monte Carlo Ergebnisse beurteilen zu können, wurde eine Methode benutzt, die auf einem multidimensionalen Fit basiert, um den Einfluss der Messungen der Verzweigungsverhältnisse auf die Genauigkeit der SUSY Parameter abzuschätzen. Weiterhin wird die Möglichkeit untersucht, schwere Neutralinos wie Neutralino2 über den Nachweis von Myonen+ Myonen- Neutralino1 Myonen+ Myonen- Neutralino1 und e+ Myonen- Neutralino1 e- Myonen+ Neutralino1. Endzuständen, produziert in gamma-gamma Kollisionen, zu identifizieren. Diese Studie verdeutlicht, dass der Photon Collider, im Gegensatz zu Lepton Collidern, eine aussergewöhnliche Datenmenge für diese Topologie bieten wird. Es stellte sich heraus, dass die aus den Energieverteilungen der Leptonen im Endzustand gewonnene Information ausreicht, um das supersymmetrische Signal zu identifizieren. Aus den Streudiagrammen der invarianten Masse wurde die Massendifferenz der supersymmetrischen Teilchen in den Kaskaden bestimmt. Es wird gezeigt, dass die Neutralino2 Masse und die Massendifferenzen Masse(Neutralino2)- Masse(Neutralino1) und Masse(L-Smyonen) - Masse(R-Smyonen) gut abgeschätzt werden können. Weitere potentielle Quellen der innnewohnenden systematischen Fehler werden diskutiert. / Abstract: In this thesis, the potential to discover supersymmetric signatures in both e+e- and gamma-gamma colliders evaluated with a Monte Carlo analysis, is discussed. The analysis was focused on the detection of muons, essentially. First, we study the detection of R-smuons in e-e+ collisions, whose purpose is the measurement of the smuon mass. It was found that an uncertainty of 0.11 GeV (stat) can be achieved. Under the assumption of the real conditions of the ILC photon collider, a study covering the detection of R-smuons and L-smuons pairs for a center-of-mass energy of e-e- = 0.5 and 0.6 TeV was performed. According to the simulation, a statistical error for the branching ratios of L-smuon -> muon neutralino1 of 0.98% and L-smuon -> muon + neutralino2 of 3.97% can be reached. In order to judge the Monte Carlo results, we have used a technique based on a multidimensional fit to evaluate the impact of the branching ratio measurements on the precision of the SUSY parameters. Furthermore, the possibility of identifying heavy neutralinos such as neutralino2 via detection of the muon+ muon- neutralino1 muon+ muon- neutralino1 and muon- e+ neutralino1 muon+ e- neutralino1 final states produced in gamma-gamma collisions, was explored. This study reveals that the photon collider will provide a remarkable amount of data for this topology, contrary to lepton colliders. Information acquired from energy distributions of final state leptons turns out to be enough to identify the supersymmetric signal. From the invariant mass scatter plots the mass difference of the supersymmetric particles involved in the cascades is determined. It is shown that the neutralino2 mass and the mass difference between neutralino2 and neutralino1 and L-smuon and R-smuon can be quite well estimated. Further potential sources of inherent systematic errors, are discussed.

L’introduction d’une symétrie entre les bosons et les fermions, appelée supersymétrie, étend de manière naturelle le modèle standard de la physique des particules. Néanmoins, une telle symétrie n’a jamais été observée dans la nature : elle doit être nécessairement brisée. L’étude de la brisure de la supersymétrie induite par la gravitation est le coeur du travail effectué dans cette thèse. En 1983, Soni et Weldon ont classifié les formes analytiques des deux fonctions fondamentales - le potentiel de Kahler et le superpotentiel - de manière à conduire à une supersymétrie brisée à basse énergie. Depuis, les analyses phénoménologiques sont basées sur cette classification. Le principal résultat du présent manuscrit est de démontrer l'incomplétude de leur classification. Pour un potentiel de Kahler dit canonique, une classification complète est réalisée tandis qu'un début de classification est proposé pour le cas non-canonique. Dans les deux cas, de nouvelles solutions sont établies menant à de possibles nouvelles conséquences phénoménologiques à basse énergie. L'apport de candidats pour le problème de la matière noire fait partie des contributions majeures des modèles supersymétriques. En parallèle du travail de classification, le développement d'un nouveau calculateur, permettant d'estimer la densité relique de matière noire dans l'Univers, est également proposé. / Supersymmetry extends naturally the Standard Model through the introduction of a new symmetry between bosons and fermions. However, such symmetry has never been observed in nature : Supersymmetry must be broken. Gravity-mediated supersymmetry breaking is the main subject of this doctoral thesis. In 1983, Soni and Weldon classified the analytical forms of the two fundamental functions - the Kahler potential and the superpotential - leading to a consistent low energy broken Supersymmetry. Up to nowadays, this classification has been used for phenomenological model building. The main result of the current thesis demonstrates the incompleteness of their classification. A complete classification is presented for a given canonical Kahler potential while a first sight of the classification is proposed for the non-canonical case. From these assumptions, new solutions are obtained leading to new possibilities for model building at low energy.The proposition of new dark matter candidates is one of the several contributions coming from supersymmetric models. In addition of the new classification, the development of a new generator, allowing to estimate the relic density of dark matter particles, is also proposed.

Diese Arbeit beschreibt die Messung von Ereignissen mit einem oder mehreren Photonen und fehlender Energie im Endzustand wie sie in Elektron-Positron-Wechselwirkungen entstehen. Mit den Ergebnissen wurde der Wirkungsquerschnitt der Neutrinopaarproduktion gemessen und die Anzahl leichter Neutrinosorten bestimmt. Es wurde nach verschiedenen Prozessen "Neuer Physik" gesucht, bei denen Photonen und fehlende Energie im Endzustand auftreten. Diese Prozesse beinhalten die Erzeugung supersymmetrischer Teilchen, fermiophobischer Higgsbosonen und massiver Gravitonen. Die Analyse wurde mit einem Datensatz durchgefuehrt, der mit dem L3-Detektor am LEP-Beschleuniger bei Schwerpunktsenergien zwischen 130 GeV und 190 GeV aufgezeichnet wurde und der einer Luminositaet von 265 1/pb entspricht. Der Wirkungsquerschnitt der Reaktion Elektron Positron geht nach Neutrino Antineutrino Photon (Photon) mit einer Photonenenergie groesser als 5 GeV und einem Photonstreuwinkel relativ zur Strahlachse groesser als 14 Grad bei einer Schwerpunktsenergie von 189 GeV wurde zu (5.25 +- 0.22 +- 0.07) pb bestimmt. Hieraus wurde der totale Wirkungsquerschnitt fuer Neutrinopaarproduktion extrapoliert mit einem Ergebnis von (58.3 +- 2.7) pb. Die Energiespektren der Photonen wurden benutzt um die Anzahl leichter Neutrinogenerationen zu berechnen. Das Ergebnis lautet 3.05 +- 0.11 +- 0.04, welches sich in guter Uebereinstimmung mit der Hypothese von drei leichten Neutrinoarten befindet und das Standardmodell mit seinen drei Teilchenfamilien untermauert.Da kein Anzeichen neuer Physik festgestellt wurde, konnten obere Grenzen auf Produktionswirkungsquerschnitte neuer Teilchen abgeleitet und die erlaubten Massenbereiche solcher Teilchen unter der Annahme von drei Neutrinosorten eingeschraenkt werden. Falls das Gravitino das leichteste supersymmetrische Teilchen ist und sich die Massen aller anderen SUSY-Teilchen ueber der Produktionsschwelle befinden, koennte Gravitinopaarproduktion der einzige SUSY-Teilchen beinhaltende Prozess bei LEP sein. Aus einer Analyse der Reaktion Elektron Positron geht nach Gravitino Gravitino Photon konnte ein unteres Limit auf die Gravitinomasse von 8.9 mal 10 hoch -6 eV mit 95% Konfidenzniveau auf die Gravitinomasse bestimmt werden. Es wurden sowohl fuer die Produktion von Neutralino Gravitino und Neutralino Neutralino und nachfolgenden Zerfall Neutralino geht nach Gravitino Photon, als auch fuer die Produktion von leichtestem und zweitleichtestem Neutralino bzw. Paarproduktion von zweitleichtestem Neutralino und Zerfall desgleichen nach leichtestem Neutralino und Photon obere Grenzen auf den Wirkungsquerschnitt in Abhaengigkeit der Masse der beteiligten Teilchen gesetzt. Innerhalb von Modellen der durch Eichbosonen vermittelten Supersymmetriebrechung wurde unter der Annahme, dass das leichteste Neutralino das zweitleichteste supersymmetrische Teilchen ist, eine untere Grenze auf die Neutralinomasse von 88.2 GeV mit 95% Konfidenzniveau abgeleitet.Zur Suche nach fermiophobischen Higgsbosonen wurde der Prozess Elektron Positron geht nach Higgs Z geht nach Photon Photon Neutrino Antineutrino analysiert. Es wurden Grenzen auf den Wirkungsquerschnitt und auf das Verzweigungsverhaeltnis des Higgs nach Photonpaaren bestimmt. Eine untere Grenze auf die Higgsmasse von 89.9 GeV mit 95% Konfidenzniveau wurde fuer ein solches Higgsboson ermittelt. Die Suche nach der Erzeugung massiver Gravitonen in Quantengravitationsmodellen mit zusaetzlichen raeumlichen Dimensionen wurde anhand der Reaktion Elektron Positron geht nach Photon Graviton durchgefuehrt. Untere Grenzen auf die Energieskala zwischen 1018 GeV und 349 GeV fuer zwei bis zehn zusaetzliche Dimensionen wurden bestimmt. Deren Groesse wurde auf hoechstens 0.46 mm fuer zwei und auf maximal 8.3 mal 10 hoch -13 mm fuer zehn zusaetzliche Dimensionen begrenzt. / This thesis describes a measurement of single and multi-photon events with missing energy in electron-positron interactions. The results have been used to measure the neutrino pair-production cross section and to determine the number of light neutrino species. A search for various kinds of new physics processes involving photons and missing energy in the final state like the production of supersymmetric particles, a fermiophobic Higgs boson and massive gravitons has been carried out.The analysis has been performed using data collected with the L3 detector at LEP at centre-of-mass energies between 130 GeV and 190 GeV corresponding to a total luminosity of 265 1/pb. The cross section of the process electron positron to neutrino anti-neutrino photon (photon) for a photon energy larger than 5 GeV and a photon scattering angle with respect to the beam axis larger than 14 degrees at a centre-of-mass energy of 189 GeV has been measured to be (5.25+- 0.22 +- 0.07) pb and has been extrapolated to a total cross section for neutrino pair-production yielding (58.3 +- 2.7) pb. The measured photon energy spectra have been used to derive the number of light neutrino species. The combined value determined from all data analysed in this thesis is 3.05 +- 0.11 +- 0.04, which is in good agreement with the hypothesis of three light neutrino types and supports the Standard Model with its three generations of particles.Since no indication for the appearance of new physics processes has been found, upper limits on cross sections of new particle production have been set and lower limits on particle masses have been derived assuming three neutrino generations. If the gravitino is the lightest supersymmetric particle and all other SUSY particles are too heavy to be created at LEP energies, gravitino pair-production could be the only process involving SUSY particles accessible at LEP. From an analysis of the process electron positron to gravitino gravitino photon, a lower limit of 8.9 times 10 to the power -6 eV has been determined at the 95% confidence level. Cross section limits have been set depending on the masses of the particles involved in neutralino gravitino production and neutralino pair-production and neutralino decay to gravitino and photon, and for the production of the lightest and second lightest neutralino and pair-production of the second lightest neutralino and its decay to lightest neutralino and photon. Within the framework of gauge-mediated supersymmetry breaking a lower limit on the neutralino mass of 88.2 GeV at the 95% confidence level has been derived under the assumption that the lightest neutralino is the second lightest supersymmetric particle. Fermiophobic Higgs bosons have been searched for investigating the process electron positron to Higgs Z to photon photon neutrino anti-neutrino. Cross section bounds on this process have been determined depending on the Higgs mass and limits on the branching ratio of the Higgs decaying into photons have been derived. A lower mass limit for such a fermiophobic Higgs boson is set to 89.9 GeV at the 95% confidence level.A search for the production of massive gravitons in quantum gravity models with extra spatial dimensions has been performed investigating the process electron positron to graviton photon. Lower limits on the energy scale ranging from 1018 GeV to 349 GeV have been derived at the 95% confidence level for two to ten extra dimensions. Their size has been limited to at most 0.46 mm and to at most 8.3 times 10 to the power -13 mm for two and ten extra dimensions, respectively.

The gauge/string correspondence provides a non-perturbative definition of string theory and hence quantum gravity in some backgrounds, making it possible to translate statements about strongly coupled quantum field theories into results about gravity. <p><p>In this thesis, we focus on the derivation of holographic backgrounds from the field theory, without using any supergravity input. Instead, we rely crucially on the addition of probe D-branes to the stack of D-branes generating the background.<p>From the field theory description of the probe branes in the presence of the background branes, one can compute an effective action for the probes (in a suitable low-energy/near-horizon limit) by integrating out the background branes. Comparing this action with the D-brane probe action in a generic supergravity background then allows to determine the holographic background dual to the considered field theory vacuum.<p><p>In the first part, the required pre-requisites of field and string theory are recalled and this strategy to derive holographic backgrounds is explained in more detail on the basic case of D3-branes in flat space probed by a small number of D-instantons.<p><p>The second part contains the original results of this thesis, obtained by applying this strategy to several specific examples. We first derive the duals to three continuous deformations (Coulomb branch, β and non-commutative deformations) of the basic case, in the limit in which the D-instantons can probe the full geometry. We then derive the enhançon mechanism in a dual to a simple N=2 quiver gauge theory by using a fractional D-instanton as a probe and exploiting recent exact results on the Coulomb branch of N=2 quivers.<p>Finally, we obtain the near-horizon D4-brane geometry by probing the D4-branes with a small number of D0-branes.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

This thesis concerns a range of aspects of theoretical physics. It is composed of two parts. In the first part we motivate our line of research, and introduce and discuss the relevant concepts. In the second part, four research papers are collected. The first paper deals with a possible extension of general relativity, namely the recently discovered classically consistent bimetric theory. In this paper we study the behavior of perturbations of the metric(s) around cosmologically viable background solutions. In the second paper, we explore possibilities for particle physics with low-scale supersymmetry. In particular we consider the addition of supersymmetric higher-dimensional operators to the minimal supersymmetric standard model, and study collider phenomenology in this class of models. The third paper deals with a possible extension of the notion of Lie algebras within category theory. Considering Lie algebras as objects in additive symmetric ribbon categories we define the proper Killing form morphism and explore its role towards a structure theory of Lie algebras in this setting. Finally, the last paper is concerned with the computation of string amplitudes in four dimensional models with reduced supersymmetry. In particular, we develop general techniques to compute amplitudes involving gauge bosons and gravitons and explicitly compute the corresponding three- and four-point functions. On the one hand, these results can be used to extract important pieces of the effective actions that string theory dictates, on the other they can be used as a tool to compute the corresponding field theory amplitudes. / Over the last twenty years there have been spectacular observations and experimental achievements in fundamental physics. Nevertheless all the physical phenomena observed so far can still be explained in terms of two old models, namely the Standard Model of particle physics and the ΛCDM cosmological model. These models are based on profoundly different theories, quantum field theory and the general theory of relativity. There are many reasons to believe that the SM and the ΛCDM are effective models, that is they are valid at the energy scales probed so far but need to be extended and generalized to account of phenomena at higher energies. There are several proposals to extend these models and one promising theory that unifies all the fundamental interactions of nature: string theory. With the research documented in this thesis we contribute with four tiny drops to the filling of the fundamental physics research pot. When the pot will be saturated, the next fundamental discovery will take place.

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