高能粒子-粒子、粒子-核、核-核碰撞是粒子物理与原子核物理领域的一个重要研究方向。相对论性重离子对撞机(RHIC)和大型强子对撞机(LHC)的成功运行,开启了高能核-核碰撞研究的新时代,而高能核-核碰撞是目前实验上模拟研究宇宙演化的唯一途径。RHIC和LHC上的碰撞实验会形成极端高温高密的环境,因此不仅有丰富的多粒子产生过程,而且产生了夸克-胶子等离子体(QGP)。目前,在理论上,对高能碰撞过程的研究主要是使用唯象方法。通过分析末态粒子的各种性质来还原碰撞的原始过程,是高能核物理研究的一种重要方法。就模型和方法本身而言,本文的工作主要是基于多源热模型和朗道(Landau)流体力学模型,并通过热与统计方法对碰撞过程进行分析。为了尽可能详细地了解整个反应系统的相互作用过程,在模型中应用了事例重构和再现的方法。通过这个方法,可以部分地得到反应系统在动力学冻结时刻的事例图样。一般地,不同类型的碰撞在不同能量下产生的不同粒子,可反映出不同的事例图样。为了重构和再现动力学冻结时刻的事例图样,至少需要研究粒子在横平面(垂直束流方向)和纵向(束流方向)两个方向的分布特性。粒子在横平面的分布特性可以用横动量进行描述,而粒子在纵向的分布特性则需要用快度或赝快度进行描述。有多种方法可以描述末态粒子的横动量谱,如标准分布(Standard)分布、Tsallis统计、厄兰(Erlang)分布、反向幂次律(Inverse power law),但对横动量谱的描述方法不仅限于以上几种。在这些方法中,有些是基于热与统计模型,如标准分布、Tsallis统计和厄兰分布;另外一些则是基于量子色动力学(QCD)运算,如反向幂次律。一般说来,低横动量区主要由热与统计模型所描述,而高横动量区则由QCD运算所描述。在大部分情况下,需要一个两组分的分布来描述整个横动量谱。在快度谱的描述中,可以选择一组分、两组分或三组分的高斯(Gaussian)分布,或者其他的模型,如三火球模型或具有Tsallis统计或玻尔兹曼-吉布斯(Boltzmann-Gibbs)统计的双火球模型。高斯型的快度分布主要来源于朗道流体力学模型和它的修正版本。描述快度谱的大部分模型,不能直接给出一个解析的方法,而是给出一种数值解的方法。在已知被研究粒子的横动量、快度或赝快度概率密度分布的情况下,可以使用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法获取离散的横动量、快度或赝快度的值,进而得到需要的其他量,如速度、能量、速度分量、动量分量等的值,由此可构建粒子在三维空间分布的散点图,即事例图样。就粒子谱分析和事例图样构建方面而言,本文完成的工作可以概括为三方面。首先,在多源热模型的框架下,分析了 BRAHMS合作组在RHIC上测得的62.4和200 GeV金-金(Au-Au)在中心碰撞中产生的净重子(重子数减去反重子数)的横动量和快度谱。这个模型中的每个发射源用Tsallis统计来描述,我们从横动量谱中提取了表示反应系统有效温度的参数T和系统不平衡度的参数q,也从快度分布的描述中得到了表示快度移动的相关参数和代表各个发射源贡献率的参数k。在得到以上四类参数的基础上,使用蒙特卡罗方法提取了反应系统动力学冻结时刻,粒子在三维空间分布的散点图,即事例图样。我们期望不同粒子在不同反应系统中会显示不同的事例图样。使用这种方法可以得到相关粒子的事例图样并解释粒子的产生过程,这对我们更好地理解重离子对撞过程和粒子间的相互作用机制是很有帮助的。在粒子谱分析和事例图样构建方面,本文完成的第二方面工作是,分析了ALICE、LHCb、CMS和ATLAS合作组在LHC上测得的2.76和7 TeV质子-质子(p-p)和2.76 TeV铅-铅(Pb-Pb)碰撞中产生的Z玻色子、重夸克偶素(如粲夸克束缚态cc,代表粒子J/ψ、ψ(2S)和底夸克束缚态bb,代表粒子Y(1S)、Y(2S)和Y(3S))和带电粒子的横动量谱与(赝)快度谱,用混合模型进行了描述。在这个模型中,横动量谱用两组分的分布,如厄兰分布、Tsallis统计,加上反向幂次律来描述,而(赝)快度谱则采用一或多组分的朗道流体力学模型,如双高斯分布来描述。基于从横动量谱和(赝)快度谱提取的参数,我们使用蒙特卡罗方法模拟研究了粒子在不同空间的分布特征。此外,分析了 LHC上ATLAS合作组测量的2.76 TeV能量下p-p和Pb-Pb碰撞中产生的带电粒子谱,比较了 p-p碰撞和不同中心度Pb-Pb碰撞所产生的带电粒子的横动量谱,不同赝快度区间的横动量谱,不同横动量范围内的赝快度谱,给出了相关参数的变化规律。还分析了相同条件下ALICE合作组测量的Pb-Pb在不同中心度下碰撞产生的带电粒子的椭圆流以及椭圆流对横动量分布的影响,同时给出了相同条件下π介子、K介子、正反质子的横动量谱和椭圆流随横动量变化的关系。在粒子谱分析和事例图样构建方面,本文完成的第三方面工作是,分析比较了超级质子回旋加速器(SPS)上的束流能量扫描计划(Beam Energy Scan Program)中,NA61/SHINE和NA49合作组测得的不同能量、不同类型碰撞中π-介子的产生问题。用标准分布(玻尔兹曼分布)对入射束流动量分别在20、31、40、80和158 A GeV/c的非弹性p-p碰撞中,不同快度区间产生的π-介子的横动量谱进行了分析,提取了不同快度区间反应系统的有效温度,研究了参数的变化趋势。用双组分的流体力学模型对产生粒子的快度分布进行了描述,理论模型结果与实验结果符合得很好。在此基础上,提取了 p-p碰撞中产生的π-介子在三维空间事例图样的精细结构,并与横质量谱和快度谱中提取的三维空间事例图样的非精细结构进行了比较。用相同的方法,还分析了 p-p、铍-铍(Be-Be)、氩-钪(Ar-Sc)和Pb-Pb碰撞中产生的π-介子的横质量谱和快度谱,研究了各相关参数随入射能量和碰撞核半径的变化趋势,构建了π-介子在三维空间的散点图,即事例图样。通过将模型结果与不同对撞机上各个合作组测量的横动量(横质量)和快度(赝快度)谱进行比较,发现在误差范围内两者基本符合。在模型中,使用不同的热与统计分布律对各个合作组的实验数据进行描述,证明了本文所用模型的合理性和灵活性。基于对横动量、横质量和快度、赝快度的描述,提取了不同碰撞中,在动力学冻结时刻,不同种类的粒子在不同空间的事例图样。一般情况下,散射粒子的事例图样与粒子种类和碰撞能量有关。在三维速度空间,轻味粒子展示出一个粗糙的球体或沿束流方向的胖椭球,粒子主要分布在沿束流方向分量最大的区域;重味粒子则展示出一个粗糙的柱状体。轻、重味粒子的分布特性明显不同的主要原因是,不同粒子的产生阶段不同,和不同碰撞阶段粒子的产生机制不同。某些情况下各向异向流本身的值很大,但对粒子谱和事例图样的影响不明显。同时,在BES能区对粒子谱精细结构的研究发现,粒子谱的精细结构对事例图样和变量值的影响明显。因此,在构建事例图样的时候,可以忽略各向异向流的影响,但需要考虑粒子谱的精细结构。