量子色动力学预言在极高能量密度下，会产生一种由夸克，反夸克和胶子组成的新物质形态，这是夸克胶子等离子体(QGP)。而相对论重离子碰撞就是深入研究这种新物质形态的重要实验手段，人们希望通过这种方法，实现从强子物质到夸克物质的相变。研究高能碰撞的末态观测量，比如：末态粒子的分布谱、粒子关联、起伏……，是了解高能重离子碰撞演化过程及粒子产生机制的重要途径。本文利用在布鲁克海汶国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)上四个实验组的数据，深入探讨了末态粒子的产生机制及其分布的特征。　　 本文首先简单回顾了相对论重离子碰撞的实验和理论的现状。然后介绍计算中所需的基本物理概念和唯象模型，包括描述核-核碰撞中，核几何形状的Glauber模型；重组合模型(Recombination/Coalescence(ReCo)Model)，特别是Oregon小组(Hwa/Yang)模型的基本思想；以及Peter Levai小组的ALgebraic COalescence Rehadronization模型(ALCOR)。　　 首先利用统计力学方法探讨了高能重离子碰撞中产生的QGP的热力学性质。在高温下，由于渐近自由，部分子之间的相互作用很弱，所以可以把夸克和胶子当作自由气体来处理。但是，在临界温度(Tc)附近，由于偶合常数比较大，所以很难再利用解析的方法。如果从第一原理出发，利用格点QCD计算，又需要大量时间和计算机资源。因此，在本文第二章中，将会用一个自洽的准粒子唯象模型研究QGP的热化性质。假设部分子间的相互作用可以全部包含在其质量之中，这样就可以把系统当作理想气态来处理，然后再利用统计力学，计算各种热力学量。在T＞Tc区域，可以很好的拟合格点QCD数据。　　 基于ALCOR模型讨论奇异粒子在不同波函数组合下的产生率。结果表明强子产生率依赖于胶子质量，但对温度并不敏感；而产生率之比几乎与胶子质量无关。再选择能量为√s=200AGeV，Au+Au中心碰撞中的粒子比φ/K*=0.60±0.15作为出发点，计算在不同波函数组合的强子比，结果表明粒子之比对波函数的选择不敏感。另外，本文还利用最新的实验数据p/π和(p)/p，在夸克重组合模型(Recombination Model)的框架下，重新探讨了高能重离子碰撞中，在向前快度区域(η=3.2)末态强子的产生。重新考虑了系统中部分子动量衰减和夸克再生效应后，得到与实验数据相符的带电强子谱和较大的质子与π介子之比，而且还预言了反质子与质子之比。　　 在深入研究核-核碰撞的重叠区域几何结构基础上，统一描述了在低横动量区域(pT＜2GeV/c)，π0介子所有与轴向方位角有关的观测量：核修正因子RAA(φ，Np)，椭圆流v2(Np)和ridge产量YR(φs，Np)，并与实验数据符合的很好。两个基本的出发点是：系统表面的半硬散射导致轴向异性和ridge粒子的产生与触发粒子的选择无关。虽然RAA是单粒子分布的量度，而YR是触发粒子和其伴随粒子关联的量度，但两者之间存在着紧密的联系。在整个物理图像中，最关键一点就是把单粒子分布dNπAA/pTdpTdφ分为两部分：不依赖于方位角φ的bulk组分(B(pT，Np))和依赖于φ的ridge组分(R(pT，φ,Np))。　　 最后，本文利用RHIC实验数据，深入研究不同的中心度，(赝)快度和碰撞系统下，π介子，质子和反质子横动量谱的标度行为。结果表明：π介子的标度行为不依赖与中心度、(赝)快度、碰撞系统和质心能量而存在。而对于质子和反质子，在√sNN=200 GeV下，Au+Au碰撞中也存在不依赖于中心度和快度的标度行为。但三者的标度行为存在着差别，这与粒子的夸克组成有着紧密的联系。在这些过程中，表征这些粒子标度行为的参数只有一个：粒子的平均横动量〈pT〉，其依赖于中心度、快度、碰撞能量及其碰撞系统。一旦知道了〈pT〉，那么低pT区的软过程部分和高pT区的硬过程部分就可以由粒子标度函数决定了。然后再利用π介子和质子标度行为，研究p+p碰撞中带电强子在不同多重数下横动量分布的标度行为。发现不同多重数下的分布谱仍具有标度行为，并可以用π介子和质子标度函数的线性叠加来表示。与动量不同，动能是一个标量，并直接与热密物质的温度相关。由于质量效应，对于不同的粒子，相同的动量对应着不同的动能。这样，在超相对论重离子碰撞中，动能的分布更能有效地揭示系统的热化性质。因此，第七章还进一步研究质子和π介子横能分布的标度行为，并与其横动量的标度行为进行了比较，结果表明在低和高动量(横能)区域，横能的标度性更好。标度律可以作为探寻粒子产生的机制的一个重要信息。通过分析，发现弦碎裂和团碎裂机制可以分别描述π介子和质子的标度行为，但是不能同时得到这两种粒子标度行为，因此这两种机制并不是普适的粒子产生机制，需要寻找新的机制来解释末态粒子的产生。