超越标准模型：LHC 现象学、暴胀后源宇宙学及暗物质物理

本学位论文旨在证明，在标准模型之外，存在某些理论可以解决观测与理论之间的冲突——例如中微子质量、暗物质、希格斯真空不稳定性以及近期 Planck 观测到的早期宇宙中过量相对论自由度等问题。所探索的理论包括受 D-膜启发的标准模型 $U(3) \times Sp(1) \times U(1) \times U(1)$ 扩展结构，其中我们展示了若干可能在 LHC 探测到的可观测量，以及稳定希格斯机制的能力。该扩展模型还可以解释近期的 Planck 数据，当结合 HST 数据时，其给出的相对论自由度超出标准结果 $\Delta N = 0.574 \pm 0.25$。此外，还探讨了一种可能的非热暗物质模型以解释此结果。近期 Fermi 气泡观测结果表明存在一个 50 GeV 暗物质粒子湮灭为 $b\bar{b}$ 的信号，其热平均湮灭截面约为 $\langle \sigma v \rangle = 8 \times 10^{-27} \text{ cm}^3/\text{s}$，这激发了对 Steven Weinberg 提出的希格斯门户模型的兴趣。我们还探讨了该模型的其他含义，如其解释暗物质直接探测结果以及 LHC 希格斯数据和 Planck 数据的能力。粒子物理研究辅以可能的随机引力波搜寻，为此我们探索了二阶全局相变模型。这些相变产生的引力波谱振幅量级为 $\Omega_{gw} h^2 = 10^{-24} - 10^{-15}$。此外，还研究了此类计算的技术，以期提高此类晶格模拟所需的稳定性。