本文包含两部分研究内容，在第一部分我们系统研究了远离β稳定线核β衰变以及重核和超重核α衰变和自发裂变的新规律。第二部分主要阐述了通过φ介子产生研究Cronin效应、相对论重离子碰撞的初始条件以及夸克胶子等离子体的形成、衍化和输运特性。　　我们首先系统研究了远离β稳定线核β±衰变的新规律。远离稳定线核的β±衰变寿命是全面理解天体重元素合成的先决条件之一，然而目前实验室里面还无法合成极端丰质子和丰中子的重原子核，因此这些远离稳定重核的β±衰变寿命完全依赖理论计算。由于核多体问题的复杂性，微观模型中核β±衰变跃迁矩阵元的计算精度受到一定限制。通过系统分析实验数据，我们发现远离稳定线核β±衰变寿命与它的质子数/中子数或者衰变过程中发射电子/正电子的最大动能Em之间存在指数关系。通过系统比较发现，这一新指数规律优于传统的Sargent定律。Sargent定律可从Fermi单能级β衰变理论近似导出，它认为β±衰变寿命与E之间是幂级数关系，这只是反映了母核衰变到子核单个能级的情况。实际上，对于远离稳定线的核β±衰变，由于衰变能较大，母核基态可以衰变到子核的一系列激发态，因此我们的指数规律可能反映了从母核衰变到子核多个能级的统计行为。这首次表明远离稳定线核β±衰变寿命具有和核α衰变、结团放射性寿命类似的指数规律。虽然上述衰变过程是由不同相互作用所主导，但是在核环境中，核跃迁矩阵元和子核能级分布对不同种类的核衰变可能有相似影响，从而导致类似的指数规律。基于上述指数规律，引入合理的核结构效应，比如奇偶效应和壳效应，我们提出了一个新公式用于计算远离稳定线核β±衰变寿命。我们利用新公式对原子核质量数A从9到238的所有735个远离稳定核β±衰变寿命进行了系统计算。实验寿命与理论计算的符合程度与最好的微观计算模型相当甚至更优。这表明新公式能够较好地描述远离稳定核β±衰变寿命。这些核的β±衰变寿命跨越六个数量级，表明我们的计算公式是真实物理过程的一种合理近似。因此它可以用于预言远离稳定线核β±衰变寿命，供将来实验和理论研究参考。　　我们还研究了重核和超重核α衰变和自发裂变寿命。对于超重核基态和同质异能态寿命的准确预言是成功进行超重核合成与鉴别的先决条件之一。实验中合成的超重核一般都是处于激发态或者同质异能态。靠近可能的“超重核稳定岛”附近，可能会存在更多同质异能态。实验研究发现，某些超重核的同质异能态与基态相比具有更长的寿命。关于同质异能态α衰变的系统计算在文献中还不多见。通过引入由高角动量导致的离心势垒，我们推广了有效液滴模型用于同时计算母核基态/同质异能态经过α衰变到子核基态/同质异能态的寿命。理论计算与实验数据符合较好。计算表明由于高角动量而引入的离心势垒是长寿命超重核同质异能态存在的主要原因。此外，我们还系统分析了长寿命线附近奇A重核和超重核自发裂变寿命。对于长寿命线附近质子数Z在92-106之间的奇A核，其自发裂变寿命与最大裂变能量之间具有指数规律。这一规律可能反映了自发裂变的隧穿特性。但是对于质子数大于等于108的奇A超重核，其自发裂变实验寿命系统地大于这一指数规律的期待值。这表明在可能存在的核质子壳层Z=114附近，核对于自发裂变具有增强的稳定性。通过宏观微观模型对核自发裂变位垒进行的系统计算表明，在Z=114附近，核自发裂变具有双峰位垒结构并且其位垒高度会有明显增加。这些理论计算结果可供将来实验研究参考。　　在本文第二部分，我们通过φ介子产生研究了位于美国布鲁克海文实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)上产生的一种新物质形态—由退禁闭的夸克胶子组成的等离子体(QGP)。通过氘核-金核对撞，我们可以研究极端高能量条件下的核物质性质，有利于我们理解金核-金核对撞过程的初始条件以及随后可能出现的QGP的性质。著名的Cronin效应—质子-核碰撞过程中高横向动量(pT)区单位硬碰撞的粒子产额相对于质子-质子碰撞的增强—就是在质子与核碰撞过程中发现的。Cronin效应虽然已经发现了三十多年，但是它的物理起源特别是不同粒子的产额增强幅度不一样这一难题一直没有得到较好解决。我们利用输运模型(AMPT)模拟了质心系能量为200GeV的氘核-金核对撞过程。研究发现，如果强子由弦碎裂产生，并且引入末态强子散射，大质量强子产额在中高横向动量区比小质量强子增强幅度更大。末态产生的大量低横向动量、低质量粒子与少量高横向动量、低质量粒子之间散射截面较大。由于末态强子散射，导致低质量粒子在高横向动量区产额减小。这种产额增强的粒子质量依赖性与2003年在RHIC氘核-金核对撞中反质子产额增强幅度大于π介子产额增强这一测量结果一致。进一步研究发现，如果没有引入末态强子散射，则在中高横向动量区各种强子的增强幅度没有明显差异，这与实验数据不符合。因此我们首次提出Cronin效应具有质量依赖，这种质量依赖的根源在于末态强子散射减少了低质量粒子在高横向动量区的产额。另外一种模型认为Cronin效应起源于碰撞以后夸克之间的重组形成强子，也能够解释氘核-金核对撞中质子和π介子的不同增强幅度，这种模型认为Cronin效应具有重子（3个价夸克）-介子（2个价夸克）依赖性。　　为了进一步检验上述两种不同强子产生机制以及随后的末态强子散射效应，我们测量了质心系能量为200GeV的氘核-金核对撞中φ介子产额的横向动量，碰撞中心度以及快度依赖。通过分析STAR探测器上收集的实验数据，初步实验结果表明在中心氘核-金核对撞中，中间快度、中高横向动量区单位硬碰撞的φ介子产额比相应的质子-质子碰撞中的产额要大。这表明φ介子具有Cronin增强。在1.2＜pT＜4 GeV/c区域，φ介子产额的增强幅度略低于Λ+(Λ)重子，大于KS0介子（～95％置信区间）。由于φ介子质量稍低于Λ（(Λ)）重子，比KS0介子质量大，这表明在RHIC能区Cronin效应可能具有质量依赖，这与我们之前的计算符合。同时，KS0介子，φ介子和Λ+(Λ)重子产额的快度依赖也展现了类似的质量效应。这也与我们的计算结果定性符合。初步实验结果支持我们关于Cronin效应具有粒子质量依赖的计算及其理论解释，即这种质量依赖起源于末态强子散射。这同时也表明，计算中采用的弦脆裂强子化机制能够较好地描述质心系能量为200GeV的氘核-金核对撞中中高横动量区的强子产生。上述对于末态强子化机制和强子散射效应的研究对于今后进一步研究高能量核的初态动力学性质具有重要意义。　　我们还测量了金核-金核对撞中产生的φ介子在横向动量空间相对于反应平面的各向异性分布（椭圆流）。在非对心碰撞中，初始相互作用体积是一个椭球形状，如果初期产生的高温高密系统具有很强的内在相互作用，在椭球的长轴和短轴将会建立不同的压力梯度，导致末态发射粒子在其动量空间出现各项异性的方位角分布。因此椭圆流测量可以反映对撞产生的火球是否达到初态热力学平衡，以及其随后的衍化过程和输运特性。理论计算表明，末态强子耗散效应和共振粒子强衰变对椭圆流参数v2有一定影响。人们认为φ介子与非奇异强子散射截面比较小，末态强子散射对φ介子v2的贡献较小，因此φ介子椭圆流能更好地反映系统初态衍化—可能的QGP形成—强子产生过程的性质。我们测量了不同碰撞对心度的金核-金核对撞事件中φ介子椭圆流参数。如果扣掉初始几何效应，测量的椭圆流集体展开强度在接近对心碰撞中更强。这与假设局域热力学平衡的理想流体动力学计算结果不一致，表明在偏心碰撞中系统没有达到局域热力学平衡或者末态强子耗散效应更大。在低横向动量区域，由于椭圆流（各项异性流）和系统径向展开流速的相互作用，理想流体力学预言了在相同横向动量的条件下低质量强子具有较大v2，这称为v2的质量顺序性。但是如果引入了末态强子耗散效应，由于不同强子散射截面不一样，相应的耗散效应也不一样，Hirano等人的计算表明这种质量顺序性可能会被破坏。我们比较了半对心碰撞中低横向动量区φ介子和质子的v2，发现在横向动量小于1GeV/c时，测量到的φ介子v2与质子v2相当。在横向动量小于0.7GeV/c时，φ介子v2甚至略大。由于φ介子质量比质子大9％左右，这表明理想流体模型预言的质量顺序性很可能被破坏了。这与Hirano等人利用理想流体力学加上末态强子散射机制的混合模型计算定性符合。上述测量与理论结果的比较可能说明φ介子确实具有较小的强子散射截面，同时末态强子散射效应对低横向动量区强子椭圆流具有一定影响。　　在中间横向动量区，v2开始偏离理想流体力学的计算结果，随横动量增加的趋势减缓，然后饱和。如果把v2和pT（mT—m0，横向动能）都除以强子中组分夸克数目nq，重子和介子将符合同一条曲线。我们称之为组分夸克数目标度性（横向动能标度性）。这个组分夸克数目标度性本身，表明强子的v2有组分夸克自由度。组分夸克重组合模型认为强子是由组分夸克重组产生的，它可以定性解释这个标度性。我们比较了φ（s(s)）介子和Ω(sss)重子的v2，发现含有奇异价夸克的φ（s(s)）介子和Ω(sss)重子的v2也满足组分夸克数目标度性，在夸克重组模型的框架下，表明退禁闭的奇异夸克也具有和轻味夸克类似的集体行为。这给RHIC金核-金核对撞中的夸克退禁闭提供了一个强有力的证据。我们还比较了中间横向动量区轻味夸克组成的强子和奇异强子的组分夸克数目标度性和横向动能标度性，发现在2.5＜pT＜5 GeV/c区域，同样的pT/nq或(mT-m0)/nq，φ介子的v2/nq比π介子的v2/nq要小，而与Λ重子的v2/nq相当。这一测量结果将会挑战简单的价夸克重组模型。Dusling等人引入了流体粘滞系数和强子种类依赖的弛豫时间效应的流体力学计算有望解释这一横向动能标度性。　　今后通过与粘滞流体力学计算结果比较，我们有望通过φ介子v2得到QGP的粘滞系数。随着全面覆盖的飞行时间探测器的安装和成功运行，我们可以测量由夸克胶子等离子体热辐射产生的双轻子对。这将使测量QGP的初始温度成为可能。同时，测量低质量矢量介子（ω、ρ、φetc.）双轻子衰变道的不变质量分布，有望对RHIC上可能的QGP相变所导致的手征宇称恢复以及质量起源给出解答。我们在STAR氘核-金核对撞中对φ→ e+e-衰变道的首次测量为随后进一步研究打下了良好基础。