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论文介绍了本人在粒子物理领域基于大型强子对撞机(LHC)上ATLAS实验做的研究工作。LHC是当今世界上最大的、能量最高的对撞机,在其上发生的质子-质子对撞实验质心系能量目前已达13 TeV,其设计质心系能量最高可达14 TeV。LHC凭借其空前的能量,在理论与实验之间架起了一座重要桥梁。ATLAS实验是LHC上的一个通用粒子探测器实验,同时也是体积最大的粒子探测器。该实验旨在利用LHC提供的超高能量和亮度来观测涉及大质量粒子的物理现象,而这些粒子是使用早期的低能加速器所无法观察到的。同时,ATLAS实验也是2012年7月LHC上参与发现希格斯粒子的两个重要实验之一。本文基于ATLAS实验在LHC上收集到的亮度为139 fb-1能量为13TeV的质子-质子对撞数据,对ZZ玻色子衰变到四轻子末态的过程进行研究。包括,标准模型(SM)下ZZ到四轻子过程截面的测量、矢量玻色子散射(VBS)过程在ZZ到四轻子末态的观测。首先,ZZ到四轻子过程截面的测量结果为σZZjjtot=1.27±0.14[fb],总体相对误差为11%,其中9%的误差来源于数据的统计涨落。在误差范围内,该结果和标准模型预言值1.14±0.20[f b]相吻合。同时,在ZZ玻色子伴随着两个喷注(jet)末态的电弱相互作用过程的寻找中,我们观测到偏离本底假说超过5倍标准差的明显偏差。在此基础上,本文也讨论了使用亮度为3000 fb-1模拟数据,在质心能量为14 TeV的高亮度大型强子对撞机(HL-LHC)上产生矢量玻色子散射过程在ZZ到四轻子末态的研究前景,预言将可以观测到大于7倍标准差的明显偏差。本文还介绍了在ZZ玻色子衰变至四轻子末态过程中寻找重共振态的实验。根据不同的信号模型,寻找的粒子质量区间设置在200 GeV到2000 GeV之间。基于该测量结果,没有证据可以证明重共振态的存在。因此,研究给出了基于不同信号模型的截面上限,包括在不同衰变宽度假说下自旋为0的共振态,以及基于Randall-Sundrum模型的自旋为2的引力子。在该分析中,我们认为,信号主要可通过 gluon-gluon Fusion(ggF)和 Vector Boson Fusion(VBF)过程产生。在自旋为 0的窄衰变宽度模型下,我们对ggF和VBF两个过程都进行了研究。而对于大宽度模型,由于在质量很高的区间分辨率很差以及VBF过程的统计量太小等客观原因,只对ggF过程进行了研究。对于自旋为2的模型,实验给出了 Randall-Sundrum模型的引力子的理论质量下限,为1500 GeV。ZZ玻色子衰变到四轻子的过程具有很少的本低和极高的信噪比,是进行诸如检验标准模型与精确测量希格斯粒子等粒子物理前沿研究的重要过程。本文所介绍的ZZ玻色子衰变到四轻子末态过程的结果都与标准模型预测的一致。该结果完善了矢量玻色子散射过程在各个衰变末态的观测,是对电弱对称性破坏研究的新的里程碑。同时,没有发现明显的超出标准模型的新物理过程。我们期待,大大提高了亮度和能量的下一代高亮度大型强子对撞机(HL-LHC)实验能够为这些新物理过程的寻找带来更高的灵敏度,和对如四轻子末态这样的稀有物理过程更精确的测量。