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探寻标准模型(SM)之外的新物理是当前粒子物理学最重要的任务之一。top夸克由于其质量接近电弱能标，因此，对top夸克性质的研究将有助于我们寻找新物理信号。最近，CDF和D0实验组对t(t)产生过程的前后不对称性(AtFB)进行了测量，结果表明实验测量值与SM理论值有2σ的偏离。特别是随后CDF和D0实验组分别在t(t)高不变质量区间(mt(t)＞450GeV)测量到的偏差更是高达3.4σ和3.0σ。这一偏离很可能暗示着新物理的存在。这篇论文的一个主要内容是系统的总结并研究top夸克前后不对称性的新物理解释以及如何在LHC上对相关新物理模型进行检验，具体包括:
在R-宇称破缺的最小超对称模型(RPV-MSSM)和第三代增强的左右手模型(3LR)中，我们分别研究了通过交换b夸克超伴子的u道和Z的t道的机制去解释top夸克前后不对称性。我们发现在实验允许的参数空间内3LR和RPV-MSSM(λ")可以增强AtFB，使理论预言和实验测量值在2σ范围内符合，尤其是3LR模型可以将AtFB最大增强至12％。
考虑到大部分解释top夸克前后不对称性的新物理模型引入了与top夸克相关的新的手征相互作用，我们分别在RPV-MSSM、3LR和轴胶子模型中研究了新粒子对top夸克对产生过程的自旋极化不对称性和自旋关联的影响。我们发现在能够解释AtFB的参数范围内三个模型预言的自旋极化不对称性都可被增强到LHC的可观测水平，但自旋关联只有在RPV-MSSM(λ")和轴胶子模型可以很大增强。
我们还注意到在解释top夸克前后不对称性的新物理模型中，有一类具有味改变中性流(FCNC)相互作用的Z模型，它将导致LHC上同号top夸克对的大量产生以及top夸克FCNC衰变过程的增强。通过对两个这样的Z模型的研究，我们发现在满足实验限制并解释AtFB的参数空间内，同号top夸克对将在LHC上有很大的产生截面，且能达到LHC的探测范围。利用LHC的测量结果可以对两个模型参数空间给出很强的限制。
因为LHC是pp对撞机，所以无法定义top夸克前后不对称性。但我们注意到价夸克所携带的动量分数平均较大，这使得t(t)产生过程中top夸克的快度平均大于反top夸克，从而可以定义电荷不对称性(AC)去检验Tevatron上的前后不对称性。我们分别在W模型和Diquark模型中研究了LHC上top夸克的电荷不对称性以及其他物理可观测量。我们发现目前LHC上AC的测量结果已经排除了W模型能够解释AtFB的大部分参数空间。
在MSSM中，top夸克超伴子(stop)能够抵消top夸克圈的贡献，从而稳定希格斯粒子质量。因此，stop((t)1)性质的测量将对人们理解超对称如何稳定希格斯粒子质量以及解决等级问题至关重要。另一方面，最近LHC上的希格斯粒子数据和超粒子寻找结果使得自然超对称模型成为一种更加可行的最小超对称模型。在这篇论文中我们还详细研究了LHC上自然的最小超对称模型(MSSM)中(t)1(t)*1直接产生过程。自然MSSM中，第三代超粒子可以很轻。因此，在LHC上直接寻找stop仍然是可行的。通过扫描参数空间，我们发现在已有实验限制下，stop质量还可以轻到200GeV。对于这种质量的stop，它将主要衰变到bx+1和tx01。我们针对这两种衰变模式做了详细的蒙特卡洛模拟研究，我们有如下发现:
由于自然MSSM中stop的衰变分之比压低，在8TeV的LHC上观测到其信号的可能性比已有的简化模型中估计的要低很多;
对于14TeV的LHC，年积分亮度达到100fb-1时，我们可以实现对质量小于450GeV的stop的探测。如果没有探测到我们将在95％的置信度上排除自然最小超对称模型中质量轻于537GeV的stop存在的可能性。