战略出台！“十三五”物理学科优先发展领域解析
中科院物理所
2017-05-10 11:18:21
转自公众号：科学出版社
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当前，我国物理学研究有了很大的发展，研究水平达到了一定高度。
物理研究的重要基础设施和实验条件等都有了极大改观，借助国家人才政策凝聚了一批优秀物理学家，形成了一支稳定、高研究素质的队伍。目前，物理学各分支学科已有较大的覆盖面，与其他学科的交叉更加深入、全面，在许多领域取得了国际同行广泛关注的研究成果，一些研究方向已处于学科发展的最前沿，甚至有些研究成果已成为学科发展的重要标志，一些学科分支已在国际上引领学科的发展。
我国物理学发展已从过去跟踪学科前沿发展，逐渐进入到推动和引领学科前沿发展的新阶段。未来5年里，在若干重要方向上将引领学科的国际发展趋势。
以下分领域提出学科优先发展领域。
1. 量子物理与量子信息
根据学科发展现状和趋势，量子信息学研究将实现如下科学目标：突破实用化量子通信技术的一系列技术瓶颈，构建安全的全域量子通信网络体系；面向通用可编程量子计算，实现多个量子比特的寻址和高精度相干操纵；对一些重要的、经典计算机不能有效模拟的复杂物理体系进行量子模拟；实现有应用价值的量子技术，如量子计量学。
2. 原子分子物理
要加强的优势方向有：超快强激光场中原子分子动力学研究；原子分子量子态的操控研究；温、热稠密物质的结构、辐射性质和状态方程研究；电子、离子碰撞物理前沿研究。
3. 光学
今后10年，需要围绕开创科学前沿和服务国家需求两个基本点展开学科布局，进一步凝练研究目标，充分发挥光学学科与其他学科交叉和融合的综合优势，力争实现若干重大突破和重要应用。建议的优先发展方向如下：超快和超强光物理；介观尺度光子学；人工光场操控及相干控制应用；量子光学及冷原子分子物理。
4. 量子光学
依据学科的发展特点及自身规律，量子光学与冷原子分子物理未来的发展目标仍将站在国际前沿，瞄准以光子与原子（分子）为基础的高尖端技术所牵引的重大科学问题。在思想深度、控制精度与认识高度上推进人类对光与微观物质世界的认识的飞跃，产生对本学科发展具有深远影响的突破性理论、原创性关键技术原理，以及能促进其他相关学科进步、形成前景广阔的交叉领域的科学思想。
5. 超强场物理
我国在强场正负电子方面的研究可以说刚起步，因此需要开辟新的研究方向，并力争在国际上影响和引领这个学科的发展。其研究对深入理解QED真空在超强场下产生正负电子对的物理过程以及实验研究起到积极的促进和指导作用。
6. 半导体物理
要想改变我国半导体物理的研究现状，面对挑战，迎头赶上，必须按照科学创新的客观规律行事，必须重视半导体物理对半导体科学技术创新的引领作用。
7. 超导和强关联
我国的超导和强关联物理学科研究经过了过去10年的快速发展，在国际上占据了一席之地。
学科进一步发展的目标就是要在现有基础之上，继续发挥我国在超导和强关联研究方面的优势，扩大研究队伍体量，争取在未来的10年达到日本在超导和强关联领域研究队伍的体量，进一步增强竞争力，在“十三五”期间不仅能够继续做出一批具有国际水平的研究工作，力争在铁基超导和重费米子超导机理方面取得重大进展，并且能够做出一至两项最原始的研究工作，发现一种新的具有重大意义的超导材料（如一种新的超过液氮温度的超导体），开辟高温超导研究的新方向，在国际上引领本学科的发展。
8. 磁学我国的磁学研究经过过去20多年的快速发展，在稀土永磁等稀土-3d过渡族化合物、磁电阻效应、巨磁热效应等研究方面发展迅速，在国际上占据了一席之地。
在现有的基础之上，经过“十三五”期间的发展，一定能够继续发挥我国在磁学研究的优势，培养青年人才，壮大和增强研究队伍，能够继续做出一批具有国际水平的研究工作，力争在拓扑磁性、自旋电子学、磁性关联电子材料、多铁性物理等方面取得重大进展，发现具有重大意义的磁性新材料，开辟磁学研究的新方向。
9. 表面、界面物理
争取在未来的10年内我国的表面界面物理研究整体达到世界领先水平，建立一个结构合理的研究队伍。通过强力资助异质结界面量子态研究，促进表面界面物理与高温超导、半导体物理、磁学和材料学科的全面交叉与融合，取得一系列的重大科学突破，使之成为我国主导的重点领域。
10. 声学
优势方向与薄弱方向的平衡；多个学部的交叉；加强基础性研究；加强国际合作；加强人才队伍培养。
11. 软凝聚态物理及交叉领域
要加强发展的优势方向包括：探讨其介观多级结构与特殊性能和形成机制的物理机制；水相关的基础科学问题的研究；软物质凝聚体系的研究；软物质凝聚体系的集体行为的研究；相变。
12. 基础物理（理论物理）
优先发展和交叉研究领域：极早期宇宙研究；超弦/M-理论研究；超出标准模型新物理的理论研究；高能物理与天文学的交叉。
13. 基础物理（统计物理）
统计物理是交叉性很强的学科，只有交叉才能保持生命力，因此发展统计物理学科要做加法，不能做减法，要不断融入一些从其他学科发展起来的新兴方向。与此同时，结合学科发展趋势和紧迫性，建议集中力量侧重以下几个方面的研究。
14. 粒子物理
优先支持的领域：标准模型精确检验及超出标准模型新物理研究和高能量实验前沿；强相互作用理论及唯象研究、味物理及对称性研究和高精度实验前沿；非加速器实验前沿；粒子物理实验方法和技术。
15. 核物理
结合国际上核物理研究的前沿方向和国内的研究基础，特别是兰州和北京两个大科学装置，以及配合即将开始建设的我国新一代核物理大科学装置，建议我国的核物理研究突出和加强以下研究领域。
16. 核技术及应用
为推动我国核科学技术及应用研究的迅速发展，取得重大创新的研究成果，解决国家安全和经济建设急需的重大科学问题，为国民经济和社会生产力的发展做出重要贡献。核技术及应用应重点资助以下研究。
17. 同步辐射实验技术是探索未知世界、发现自然规律的科学研究手段。21世纪的基础科学研究正从传统被动的“观测时代”走向主动的“控制时代”。
随着同步辐射光源性能的持续提升，近期应该大力发展同步辐射大科学装置与科学研究相适应的实验探测手段，更好地从原位、实时、动态的角度开展针对我国的重大战略需求和当今世界的若干前沿重要科学问题的深入研究，将有望实现我国科学研究在物理、化学、材料、生命、能源和环境等领域的重点跨越，并提升核心科学竞争力。
同时，光源的质量和探测器的测量能力是开展实验研究的关键环节，应该提前布局新光源的加速器物理原理和关键技术的预研探索研究，以及高灵敏、响应快、低噪声的各种能量波段新型探测器的研究。
18. 等离子体物理对磁约束聚变等离子体物理进行研究，进一步发挥EAST在稳态和HL-2M在先进偏滤器位形的优势，结合理论和大规模数值模拟的同步发展，在国际聚变界能够引领稳态等离子体物理和技术方向的发展。
同时，在磁约束聚变研究领域，积极支持非托卡马克磁约束位形的探索；在惯性约束聚变研究领域，积极支持非中心点火方案的新点火途径。这样，可能会产生原创性的聚变研究途径或方案。在基础等离子体研究领域，鼓励更多高校的参与和充分发挥一批中小型研究平台的科学效益，结合人才培养，为其他等离子体物理研究的可持续发展提供强大的后盾。