希格斯玻色子的发现是粒子物理学研究自然界最基本相互作用的又一次成功。然而,也有一些反常实验结果显示标准模型并不是完整描述所有自然现象的终极理论。在精细检验标准模型的同时,我们也需要使用对撞机实验寻找超出标准模型新物理存在的证据。在本文中,我们研究新物理模型的对撞机唯象学和对应的寻找策略。我们首先研究在TeV能标上的中微子质量模型。在一类引入额外轻子的反跷跷板模型中,额外轻子衰变行为与标准模型W和Z玻色子非常相似。我们发现,在大型强子对撞机上产生的额外轻子对可能被错误重建为W玻色子对事例。探测轻子数破坏过程是检验中微子马约拉纳属性的重要途径。我们研究在未来电子-电子对撞机上测量反无中微子双贝塔衰变过程。我们针对不同测量道中的运动学性质设计重建方法与事例挑选条件,并发现反无中微子双贝塔衰变测量可以有效约束中微子混合参数。自相互作用暗物质是对天文学观测中星系小尺度结构问题的有力解释。我们研究在大型强子对撞机上利用暗物质束缚态寻找来验证暗物质自相互作用的存在。模型中暗物质通过交换暗光子形成束缚态,束缚态湮灭至一对长寿命暗光子并继续衰变回轻子的过程造成偏移轻子喷注信号。我们发现这种寻找方法能够探测宇宙学模拟中确定的参数区间,并提出一种联合束缚态测量与天文学观测确定自相互作用暗物质模型参数的方案。我们也研究新物理模型中标量粒子交换胶子形成的束缚态。我们发现标量顶夸克束缚态的湮灭信号会淹没在标准模型背景中。对于带有更高电荷新粒子形成的束缚态,湮灭产物可能贡献至强子对撞机上的双光子事例超出。但是新粒子与夸克的耦合形式受实验严格限制,在选取参数区间中仅至顶夸克加轻夸克的衰变未被排除。我们同时研究标量顶夸克衰变中的运动学。比较全矩阵元和运动学两种模拟方法的结果显示极化关联在级联衰变中起重要作用,并可能导致末态运动学效率显著增加或减小。在超对称粒子寻找中使用纯运动学模拟结果进行截面估计可能造成偏差。机器学习在喷注分类中的应用可以提升未来对撞机实验的事例挑选过程。我们训练一个全连接神经网络区分夸克和胶子喷注。网络不仅在区分高能量喷注时优于已有方法,而且可以适用于不同喷注能量区间。研究结果也验证了喷注观测量在分类问题中的优越性。