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标准模型理论是迄今为止人类描述微观粒子及其相互作用最成功的理论，然而该理论所预言的Higgs粒子还没有被实验所发现。此外，标准模型本身还存在着一些理论上的自洽性问题。为了解决这些问题，人们普遍认为，在TeV能标附近必须存在超出标准模型的新物理。在理论上，自从标准模型建立以后，近四十年来，国际理论高能物理界进行了大量的理论探索；而实验上，实验家们主要利用加速器和非加速器探测手段来探索这些新物理可能的起源。本文从暗物质物理和粒子物理两个角度出发，统一研究了超出标准模型的某些新物理的现象学。
本文首先介绍了有关unparticle与超对称相关的新物理的研究。此后采用模型相关和模型无关两种方法研究了粒子物理中的暗物质的可能起源及其实验观测信号。在模型相关的暗物质研究中，我们提出了非阿贝尔暗物质模型，详细研究了它的理论结构，并在满足现有低能精确观测实验的前提下成功地解释了PAMELA、Fermi LAT和暗物质的残留密度等天体物理和宇宙学的实验观测结果。接着，为了在超对称模型的框架下解释对暗物质进行直接寻找的CoGeNT和DAMA/LIBRA等实验结果，我们还详细研究了次最小超对称模型中存在一种新的暗轻Higgs粒子的可能性。我们发现，此时该理论中存在既满足已有粒子物理实验的限制，同时又能给出可以解释上述暗物质实验的参数空间。此外，在模型无关的暗物质研究中，我们采用有效场论的观点，写下了暗物质与标准模型粒子相互作用的各种可能的高量纲算符。利用这些有效算符，我们研究了暗物质粒子的残留丰度、直接探测截面、对宇宙线伽马射线能谱的贡献，并研究了在LHC上发现这些暗物质粒子的各种可能的过程。
本文还研究了色六重态粒子的现象学，深入分析了在LHC运行早期通过同号顶夸克对事例来发现标量和矢量色六重态粒子存在的可能性。通过重建同号顶夸克事例，利用顶夸克的自旋信息给出了色六重态的自旋以及它与标准模型粒子相互作用的手征性。为了区分同一事例中不同手征的顶夸克，我们还解析计算了顶夸克衰变中末态轻子的能谱与顶夸克的运动速度以及手征性之间的关系。
针对目前Tevatron上已观测到的顶夸克对产生过程中的前后不对称性与标准模型预言超过2σ的偏离，本文深入研究了当味改变的额外中性规范玻色子所诱导的项夸克对产生过程可用来解释上述前后不对称时，它与同时所诱导的同号顶夸克对截面大小的关联。利用这种关联，我们发现，在早期LHC实验中，同号顶夸克对事例很容易被观测到，从而表明了用额外中性规范玻色子来解释顶夸克对的前后不对称性会在LHC上诱导大量的同号顶夸克对事例，这就使得LHC的有关实验家可以通过对同号顶夸克对产生截面的测量来检验该模型的有关预言。