本论文主要研究了高能重离子碰撞中的局部自旋极化效应以及与之相关的高维数值积分。最近,STAR实验测量了高能重离子碰撞中Λ(Λ)超子的局部自旋极化率,实验结果与流体力学理论模型的预言结果相矛盾。具体表现为:在沿着束流方向上,基于热涡旋张量计算得到的纵向自旋极化率与STAR实验观测到的纵向自旋极化率相差一个整体符号;在沿着碰撞系统初始轨道角动量方向上,基于热涡旋张量计算得到的横向自旋极化率与横平面方位角的依赖关系则与STAR实验初步观测结果相反。如何理解STAR实验观测结果是当前重离子碰撞物理研究中的一个重要方向。本论文从自旋化学势的形式出发,基于碰撞系统的温度场T与速度场uμ构造了一种广义的自旋化学势Μμv,得到了与之对应的自旋极化率表达式。在具体计算中,我们选择了四种具有明确物理意义的涡旋张量来构造Μμv,即运动学涡旋张量、非相对论涡旋张量的相对论扩展形式、温度涡旋张量以及热涡旋张量。我们使用基于GPU设计的(3+1)维相对论流体力学程序CLVisc对每核子能量为200GeV的金核金核非对心碰撞过程以及每核子能量为2760GeV的铅核铅核非对心碰撞过程进行了模拟,得到四种自旋化学势对应的局部自旋极化率。结果显示:对于沿着束流方向的自旋极化,四种涡旋张量中只有温度涡旋张量给出的结果与STAR观测结果在横平面方位角依赖关系上完全匹配,其他三种涡旋张量的结果则与STAR观测数据相差一个整体符号。对于沿着初始轨道角动量方向的自旋极化,四种涡旋张量给出的Λ(Λ)超子的整体极化率相近,并与STAR实验在200GeV的金核金核非对心碰撞的观测数据在同一个数量级;在横向自旋极化率与横平面方位角的依赖关系上,温度涡旋张量的结果与STAR初步观测结果在定性上一致,即靠近反应面横向自旋极化率较大而远离反应面时较小,其他三种涡旋张量则无法给出同样的方位角依赖关系。我们提出的温度涡旋张量能够解释目前STAR关于局部自旋极化率的观测结果,但是温度涡旋张量理论仍然需要较低能量碰撞实验的进一步验证。本论文的第二个课题是我们研究自旋极化的输运理论中遇到的高维积分的数值求解问题。由于维数诅咒难题的限制,积分参数空间大小随着被积函数维数的增加指数增长,导致计算高维积分所需时间随之指数增长。如何在可接受的时间内计算出高维积分的数值结果是一个具有挑战性的难题。我们基于GPU并行计算特性设计了一种高维积分数值求解算法:ZMCintegral。它的核心算法组成是分层抽样与启发式树搜索策略。借助于Python、TensorFlow、Numba、Ray等工具,我们实现了三个版本的ZMCintegral程序。针对剧烈振荡函数以及奇异性函数的高维积分,我们分别在单节点和多节点环境下对ZMCintegral进行了积分性能测试。测试结果显示:在设置了合理的搜索深度以及阈值比例后,ZMCintegral程序能够在合理的时间内给出高精度的数值结果。其中,Numba-Ray版本的ZMCintegral自动适用于大规模GPU计算集群。另一方面,对于含有额外参数的高维积分数值求解问题,即被计算的积分表达式是含有额外参数的高维定积分,如何快速得到若干组参数组合下的积分结果是经常遇到的另一种问题。本论文基于GPU并行计算特性提出了一种针对该问题的算法:ZMCintegral-v5,它将一组特定参数组合下的积分计算放到了 GPU的一个线程核上进行。ZMCintegral-v5能够快速求解含参数的积分表达式在若干组参数组合下的高维定积分数值结果。关于ZMCintegral以及ZMCintegral-v5的实践方法可以进一步扩展至当前高能物理计算程序的GPU并行化上,借助于TensorFlow、Numba、Ray等工具,科研人员能够以很少的工作量实现高能物理计算程序的GPU并行优化。