La física de partículas está viviendo actualmente una era de exploración que comenzó con la observación en el LHC del bosón de Higgs, proporcionando así al Modelo Estándar de la Física de Partículas la elusiva pieza final que lo completa. Si bien esta teoría es extremadamente exitosa, se acepta comúnmente que no es la teoría final ya que no puede responder a todas las preguntas teóricas ni a ciertas observaciones experimentales. Por lo tanto, se espera que Nueva Física que extienda al Modelo Estándar aparezca pronto, aunque esto bien podría ser sólo una esperanza. Esta tesis recoge algunas de las aventuras en la búsqueda de Nueva Física. Se organiza en tres partes: la Parte I introduce, en inglés, los principales temas de la tesis y establece la notación y marcos teóricos que se utilizan más tarde. Esta parte contiene temas que son de conocimiento general en la literatura y pretende ser una introducción amplia. Por el contrario, la Parte II, también en inglés, se dedica específicamente a compilar la investigación científica que se hizo durante el doctorado y, por tanto, es de naturaleza más técnica que la parte anterior. La Parte III contiene un resumen de la tesis en Español. La Parte I está organizada de la siguiente forma. En el Capítulo 1 se introduce el Modelo Estándar, sus principales características, y varias cuestiones teóricas y experimentales que este marco teórico no puede explicar. El resto de esta parte se dedica al análisis de varias extensiones del Modelo Estándar. En particular, en el Capítulo 2 se presenta el modelo de dos dobletes de Higgs, una extensión mínima del Modelo Estándar donde se añade un doblete de Higgs adicional al sector escalar de la teoría. En este capítulo se hace especial hincapié en el problema del sabor del modelo de dos dobletes de Higgs y se estudian sus soluciones. El Capítulo 3 presenta el problema de violación de CP en el sector fuerte en cierto detalle, junto con una discusión sobre la solución de Peccei-Quinn y su fenomenología asociada. En el Capítulo 4 introducimos el concepto de Teorías Efectivas y mostramos cómo construirlas a partir de un modelo ultravioleta dado usando técnicas funcionales. También mostramos ejemplos de Teorías Efectivas dentro del marco teórico del Modelo Estándar que introducen un enfoque complementario en la búsqueda de Nueva Física. Finalmente, en el Capítulo 5 presentamos las recientes anomalías experimentales en desintegraciones del mesón B y discutimos sus principales implicaciones. Mientras que la Parte I sigue una discusión más lineal, con cada capítulo basado en los anteriores, la Parte II está estructurada en tres capítulos esencialmente independientes. El Capítulo 6 extiende los métodos funcionales para la construcción de Teorías Efectivas introducidos en el Capítulo 4. En el Capítulo 7 presentamos tres modelos construidos para proporcionar una explicación a las anomalías en la física del mesón B. Estos se basan en varias extensiones del sector gauge del Modelo Estándar, cada una de las cuales da lugar a predicciones experimentales características diferentes. En el Capítulo 8 se introducen dos modelos de axión invisible que incluyen propiedades adicionales no presentes en las implementaciones originales. La Parte III contiene un único capítulo que resume en Español los principales objetivos, la metodología y las conclusiones de la presente tesis.

Particle Physics is currently living an age of exploration that started with the observation at the LHC of the Higgs boson, providing the Standard Model of strong and electroweak interactions the final eluding piece that completes it. While this theory is extremely successful, it is commonly accepted that it is not the final one since it cannot answer all the theoretical questions and experimental observations. It is thus expected that New Physics that extends the Standard Model will appear soon, though this might well be only a hope. This thesis compiles some of the adventures in the Quest for New Physics. It is organized in three parts: Part I introduces the main subjects of the thesis and sets the notation and frameworks that are used later. This part contains topics that are of common knowledge in the literature and it is intended as a broad introduction. On the contrary, Part II is specifically devoted to compile the scientific research that was done during the Ph.D. and therefore it is more technical than the previous part. Part III contains a comprehensive summary of the thesis in Spanish. Part I is organized as follows. In Chapter 1 we introduce the Standard Model, its main features, and several theoretical and experimental issues that this framework cannot explain. The rest of this part is dedicated to the analysis of various extensions of the Standard Model. In particular, in Chapter 2 we introduce the two-Higgs-doublet model, a minimal extension where an additional Higgs doublet is added to the scalar sector of the theory. In this chapter, special emphasis is placed in the two-Higgs-doublet model flavor problem and its solutions. Chapter 3 presents the Strong CP problem in some detail, together with a discussion on the Peccei--Quinn solution and its associated phenomenology. In Chapter 4 we introduce the concept of Effective Field Theories and show how to construct them from a given ultraviolet model using functional techniques. We also introduce examples of Effective Field Theories within the Standard Model framework that stand for a complementary approach in the search for New Physics. Finally, in Chapter 5 we present the recent experimental anomalies in B-physics data and discuss their main implications. While Part I follows a more linear discussion, with each chapter based on the previous ones, Part II is structured in three, essentially unrelated, chapters. Chapter 6 extends to the one-loop order the functional methods for the construction of Effective Field Theories introduced in Chapter 4. In Chapter 7 we present three models aimed to provide an explanation to the B-physics anomalies. These are based in various extensions of the Standard Model gauge sector, each predicting different characteristic experimental signatures. Chapter 8 introduces two invisible axion models that include additional features which are not present in the original implementations. Part III contains a single chapter that summarizes in Spanish the major goals, procedures and results of the present thesis.