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标准模型自建立以来取得了极大的成功，到目前为止其预言都和加速器上的实验结果很好地吻合。然而标准模型中破缺电弱对称性并提供质量起源的黑格斯机制中的核心元素——黑格斯粒子尽管已经得到深入的研究却一直没有被发现。在LHC上的最新实验结果给出了质量在125GeV附近的黑格斯粒子存在的一些迹象。这样质量的黑格斯粒子如果被确认发现，那么黑格斯势的真空稳定性将意味着有109GeV能标以下的新物理。同时，即使黑格斯粒子确实被发现，那么紧接着就需要对其性质进行深入研究，以确认它是否为标准模型黑格斯粒子。此外，标准模型所存在的理论问题和不能解释的一些现象学问题已经意味着人们需要探索超出标准模型的新物理，特别是规范等级问题、暗物质的存在等都强烈地意味着TeV能标新物理的存在。这其中，大统一、超对称、额外维理论得到了广泛的研究。
最近十年来，额外维理论得到理论物理学家的重视，额外维上规范对称性的破缺、手征费米子的起源都得到了深入研究。我们在第二章提出了一个膜黑格斯模型，考察规范群SU(2)L×SU(2)R×U(1)B-L通过一个单一额外维上的边界条件的破缺及其低能有效理论。之后我们考虑在这样的额外维上费米子的分布所带来的现象学，我们发现在splitfermion的框架下可以自然地实现Froggatt-Nielsen机制以解释夸克质量等级和CKM混合角的等级。由于模型中味道改变中性流的存在，我们分析了K介子系统对模型的限制。我们发现，在有些模型参数下，对额外维紧致化标度1/R的最强限制来自于电弱精细检验，1/R＞2.4TeV，它正处在LHC可以探测的质量边缘。
受弦景观的启发，我们研究了高能标超对称破缺的模型下规范耦合常数的统一、黑格斯粒子质量问题以及质子衰变问题。如果没有TeV能标的超对称，那么标准模型规范耦合常数按照传统的SU(5)大统一条件是无法实现统一的。但近年得到发展的F-理论模型构造给出了不同的大统一条件，由于规范动能项获得的修正，规范耦合常数可以在此条件下实现统一。我们因此而研究了高能标超对称破缺的模型下规范耦合常数的统一问题，发现规范耦合常数在大统一能标处的偏差是很小的。而大统一能标则随着超对称软破缺能标的增加而降低至5.3×1013GeV，为此，我们分析了模型中的质子衰变问题。我们给出F-理论和Orbifold模型构造的SU(5)和SO(10)模型，并证明在这些模型中，即使Mu≤5×1015GeV，也没有量纲为五或量纲为六的质子衰变问题。同时，我们计算得到黑格斯粒子的质量介于114.4GeV到147GeV之间。
我们对一个现实的超对称软破缺的第二型Seesaw模型及其现象学进行了研究。我们分析了这一模型中电弱破缺和Seesaw机制的实现，我们发现，和没有软破缺的模型不同，这样的模型有更丰富的现象学。其中费米子三重态可以很轻甚至作为LSP，成为非弹性散射暗物质的候选者，同时其带电分量由于表现为位移顶点以及衰变末态中可以有多个轻子等特点，是可以在对撞机上进行探测的。同时，我们对此模型中最轻的CP为偶的黑格斯玻色子质量的分析也表明，相比最小超对称标准模型中需要标量top夸克的最大混合以实现125GeV附近的黑格斯粒子质量的情况，在此模型中有更大的空间允许125GeV黑格斯粒子质量的存在。
另外，我们考察了有大统一能标超对称和TeV能标类矢量费米子的模型中的大统一问题、黑格斯粒子质量问题和真空稳定性问题。我们发现，在传统的大统一条件下，大统一能标大约在6×1016GeV附近，此时SU(2)L和SU(3)c群的耦合常数得到统一，而U(1)Y群的耦合常数有一些偏离。在F-理论的大统-条件下，规范耦合常数在2.44×1016GeV处得到统一，耦合常数之间的偏离很小。在此模型中，由于有TeV能标类矢量费米子的存在，在125GeV附近的黑格斯粒子质量是理论上所允许的。但相应的模型参数受到强烈的限制，tanβ须小于2，M(V)须小于4TeV，Yxu（M(V)）也需要小于大约0.4。同时，TeV能标类矢量费米子的存在也能够很好地改变黑格斯自耦合常数的跑动，使得在一定的参数空间下，在大统一能标以下都不会出现真空稳定性问题。