标准模型成功地统一描述了基本粒子及其之间的电磁、弱和强相互作用,并经受了大量实验检验。迄今为止,标准模型中唯一尚未被实验确认发现的就是Higgs粒子。LHC经过三年的运行,在最新公布的实验结果中,宣布发现了一个新的质量约为125 GeV的粒子。目前所有的实验结果和分析都表明,这个粒子很可能就是标准模型中的Higgs粒子。　　虽然标准模型取得了很大成功,但是标准模型理论本身还存在一些固有的问题,例如真空的稳定性等。此外,它不能描述引力,不能解释中微子质量的起源,也不能回答宇宙中为什么存在暗物质等问题,所有这些都暗示标准模型并非一个终极理论,它只是目前所观测能区的一个有效理论,存在超出标准模型以外的新物理。探索新物理通常有两种方法:直接创立一个完整理论或者采用有效理论的方法。本文重点研究了如何利用有效理论的方法在LHC上发现新物理的信号,以及高阶QCD的效应对相关实验观测量和模型参数的影响,具体内容包括:　　(1)采用有效理论的方法,通过LHC上暗物质和光子联合产生过程探索暗物质的性质。在分析中,首次计算了QCD高阶修正的效应,给出了暗物质残余丰度QCD次领头阶修正的解析结果。在LHC上寻找信号时,考虑了标准模型的主要背景,即Z玻色子和光子联合产生以及Z玻色子和喷注联合产生。研究发现背景光子的横动量分布比信号光子下降得快,背景光子的快度分布是均匀的,而信号光子集中在快度中心区域。这些运动学分布特征可以帮助LHC的实验学家通过上述过程发现暗物质信号时有效选取事例。在此基础上,给出了在LHC上,以5σ置信度水平发现这种信号时所需要的积分亮度。　　(2)在QCD次领头阶水平上详细讨论了一类额外的矢量玻色子W′通过和顶夸克的耦合对顶夸克对产生的总截面、不变质量分布以及前后不对称性的影响。在拟合Tevatron上的已有实验数据之后,得到了W′的上述耦合所允许的参数空间,并找到最佳参数拟合点。在此过程中详细讨论了QCD次领头阶修正对上述顶夸克对产生中的观测量的影响,发现QCD次领头阶效应明显放松了实验数据对W′模型的限制。此外,也在QCD次领头阶水平上讨论了上述耦合诱导的LHC上顶夸克对产生中的总截面和电荷不对称性AC,通过和实验结果对比给出了对W′模型参数的限制区域和最佳拟合点。这些结果可以用来判断W′的手征耦合结构。　　(3)在软共线有效理论(SCET)框架下研究了在Tevatron和LHC上t道单顶夸克产生过程。顶夸克的电弱耦合性质只能通过单顶夸克产生过程来研究,无论在Tevatron还是在LHC上,截面最大的都是t道单顶夸克产生。为了通过该过程来发现新物理的效应,需要对大横动量的顶夸克事例做详细考察,这是由于新物理的粒子一般很重,例如W′,它所诱导产生的单顶夸克往往具有大横动量,因而额外辐射胶子的相空间受到限制,其主要贡献来自软胶子的发射。因此,需要考察在顶夸克大横动量区域处的这种软胶子的重求和效应。本文在SCET框架下,首次研究了这种末态既有重夸克又有轻夸克的类空过程在近阈区域的因子化形式,给出了重求和公式,还详细讨论了数值结果。研究发现,相对于次领头阶,在Tevatron(LHC)上产生的顶夸克横动量大于50(70) GeV时,这些软胶子重求和效应能够增加截面大约9％～13%(4%～9%)。　　(4)研究了在早期LHC上如何发现monotop信号,即一个顶夸克和丢失横能量联合产生的信号。这种信号在标准模型中是没有的,但在诸如R宇称破坏的超对称或者SU(5)大统一等模型中可以出现。任何monotop信号的发现都将表明新物理的存在。本文给出了可以描述上述monotop信号的一般性的可重整的规范不变的有效拉氏量。并利用已有的实验数据,如Z玻色子强子衰变分支比,K0-K0介子混合以及LHC上双喷注产生过程等,得到了对该有效拉氏量中自由参数的限制范围。在此基础之上,在强子水平上(考虑了Parton Shower和末态强子化效应),深入考察了如何优化选取事例的截断(cut)来增加信噪比,从而给出了早期LHC在收集到1 fb?1的数据时,可以在5σ水平上发现这种monotop信号所对应的参数区域。