本篇论文工作利用欧洲核子研究中心（CERN）ATLAS探测器在2015-2018年间收集到的大型强子对撞机（LHC）上的质子质子对撞数据,基于双轻子和丢失横能量末态进行新物理的寻找工作。LHC是当前世界上能量最高,规模最大的粒子对撞实验。在2015-2018年间,LHC产生了大量质心能量为13 TeV的质子质子对撞事例,而ATLAS探测器作为工作在LHC上的几大探测器之一,在此期间收集到了总亮度为139 fb-1的对撞事例数据,并汇总成1015字节量级的海量数据存储了下来。这些数据可以在一定程度上模拟宇宙大爆发之初的相应状态,是研究各种基本粒子性质以及寻找新物理相关粒子的理想样本。本文正是基于这批数据,在经过适当的筛选优化之后,以双电子、双μ子,加上可以表征中微子等无法被探测器直接探测到粒子信息的丢失横能量为切入点,对几类新物理模型所预言的现象进行了寻找。2012年7月,ATLAS和CMS实验同时宣布发现了作为质量起源的希格斯玻色子,希格斯教授本人也于2013年获得诺贝尔物理学奖。希格斯玻色子被发现后,随之而来的一个重要问题便是,是否如一些基于希格斯机制发展而来的新物理模型所预言的那样,存在着多种不同的希格斯玻色子。目前被发现的希格斯玻色子质量为125 GeV,而很多新物理模型都预言,在更大的质量区域内可能存在其他希格斯玻色子。本文的其中一项工作便是以此为出发点,利用ZZ玻色子衰变到双带电轻子和双中微子末态,对300 GeV到2 TeV质量区间可能存在的额外希格斯玻色子进行了搜寻。同时,该末态还可以用来寻找Randall-Sundrum模型所预言的自旋为2的引力子。在准确估计出各种标准模型本底贡献的前提下,没有发现任何上述新物理信号存在的迹象。相较之前ATLAS实验基于36 fb-1数据所得到的结果,该工作极大地拓宽了这些新物理信号相关理论模型参数的排除区间,为理论学家对相关模型研究提供了更为有力的参考。另外,希格斯玻色子的发现也为暗物质粒子的寻找提供了新的可能。在大部分暗物质假说中,暗物质粒子都是有质量的,这意味着这些粒子与希格斯玻色子之间可能存在耦合。在合理的假设前提下,希格斯玻色子完全有可能衰变产生暗物质粒子对。而双轻子加丢失横能量末态正是对应了 Z和希格斯玻色子协同产生时,希格斯玻色子进行不可见衰变到暗物质粒子的情况。同时,由于标准模型中希格斯玻色子的不可见衰变分支比极低,基本可以忽略其贡献。因此测量希格斯玻色子的不可见衰变分支比也可以视为对暗物质粒子的间接寻找。本工作通过引入更加准确的本底估计方法以及提升决策树模型（BDT）,极大地优化了暗物质信号探测的灵敏度。最后在95%置信水平下,实验获得希格斯玻色子的不可见衰变分支比上限为19%,相较之前ATLAS实验基于36 fb-1数据的分析结果有了显著提高,并且优于同期CMS实验基于137 fb-1结果,这也在一定程度上验证了本工作所使用方法的有效性。本工作还利用了相关理论模型,将上述不可见衰变分支比结果转化为暗物质与核子散射截面统计上限,与暗物质直接探测结果进行了比较,并显示出在低质量区间明显的优势。同时,本工作还考察了包含矢量或者轴矢量媒介粒子的简化暗物质模型、以及包含赝标量媒介粒子的2HDM+a模型,并给出了对应理论相关参数的排除区间。目前,在LHC上寻找新物理依旧处于一个相对初期的阶段。随着LHC升级改造计划的推进,更高的对撞能量以及更多的实验数据,将无疑能为新物理的发现提供更多新的可能。而本论文中所研究的新物理寻找方法,也为未来这些新物理的寻找工作提供准备与参考。