凝练的六个研究方向

　　理论物理所自进入知识创新试点工程基地以来，以探索自然界物质结构以及基本运动规律方面做出具有国际影响的重大创新成果为目标，对学科方向作了进一步的凝炼，形成了六个研究方向，研究领域涉及到物质起源和基本组元，宇宙起源和演化，生命起源和进化。

　　● 量子场论和物质微观结构理论：围绕标准模型中尚未解决的一些粒子物理基本问题：电弱对称性破缺机制、CP破坏和费米子质量起源等；以及粒子物理中的一些重要问题：色禁闭问题、格点规范理论、重味物理、中微子物理、强子结构和性质、超高能碰撞等，特别注意各种超对称理论和模型，大统一模型，两个或多个Higgs模型，味对称规范模型等。紧密与实验结合，以实验为基础，探索超出标准模型的新理论和新模型及新的物理概念。运用和发展量子场论、群论、数学物理和计算物理等理论物理方法，开展与粒子物理前沿相联系的量子场论研究。此外，注重与其他学科的交叉，如：粒子天体物理，粒子宇宙学以及粒子核物理。总的目标是深化人类对物质世界结构和基本规律的认识，发展相关理论物理方法，推动各相关学科发展等。

　　● 弦理论与宇观结构理论:量子场论和弦理论。研究内容包括有：1) 量子场论的一般理论和方法, 如非微扰方法，特殊的场论如共形场论和拓扑场论的研究，场论的大范围几何性质，场论中的对偶关系等等；2) 作为所有力(包括量子引力)的自恰的统一理论的超弦理论的一般研究，研究超弦理论在QCD计算和RHIC物理等唯像领域中的可能应用； 3) 量子场论和弦理论的相关数学结构和问题的研究，如非对易几何和镜像对称等；4) 与凝聚态物理和其它物理已经方向有关的量子场论方法的应用研究等等。

　　● 引力理论与天体宇宙学研究:引力是自然界中四种基本相互作用之一。作为描述引力的广义相对论理论在宇宙学及天体物理中的应用已取得了巨大成功，并在小到毫米，大到太阳系尺度上得到了严格的检验。但广义相对论在更小的尺度和更大的尺度上是否成立是一个基本问题。广义相对论和量子力学的矛盾依然存在；建立一个量子引力理论仍是理论物理的重大挑战之一。另一方面，随着现代科学技术的发展，宇宙学已进入了精确时代，黄金时期。现在所有的观测都指向一个和谐模型：暴胀模型⊕热大爆炸模型⊕暗物质⊕暗能量。引力的全息性质，黑洞物理，量子引力理论，相对论天体物理，引力波理论，引力理论的精确检验，暴胀模型，暗物质，暗能量，宇宙的大尺度结构等是目前我们的主要研究课题。

　　● 凝聚态理论:复杂性和多样性是多体微观量子世界的基本特征，对其规律性的探索是凝聚态理论研究的核心。这方面的每一次突破，例如，能带论和超导的BCS理论的建立，都对人类认识量子多体物理本身和微观世界产生了深刻的影响，其成果交叉渗透到物理学的其他领域及数学、化学、材料、信息、计算机等许多学科。近年来，在陶瓷材料、半导体异质结及其它低维固体材料中发现的大量反常物理现象召唤着新的电子论的诞生。对这些新的物理现象的研究是理论物理所凝聚态物理理论研究人员的一个中心任务，主要的研究方向包括：量子Hall效应、高温超导电性、巨磁阻等强关联系统的物理机理、量子液体及量子临界现象。一些新奇量子系统，例如，在光格子中的冷原子系统，基于系统拓扑不变性的量子计算等。 量子多体理论方法，特别是数值计算的方法的探索和应用。计算方法包括密度矩阵重整化群、量子蒙特-卡罗计算、从头计算等。在介观(甚至更小尺度)系统中，载流子、光子或中性原子的相干、关联、涨落、耗散和输运的研究。

　　● 非线性科学与理论生物物理兼生物信息学:该团队的主要研究领域是：理论生物物理与生物信息学，临界现象，液体统计物理，自旋玻璃理论及其在交叉科学中的应用。在近几年中主要的研究精力集中在如下四个课题：1) 生物信息学，即将统计学中的和语言学中方法应用于基因组学与蛋白质组学。2) 分子与细胞生物学系统的统计物理学，包括单分子弹性力学和生物膜的弹性力学以及对生物网络性质的实验及理论研究。3) 相变与临界现象理论，液体统计物理与玻璃态动力学。4) 有限连通自旋玻璃系统理论及其在信息科学与优化问题中的应用。这些研究将有助于理解个体之间的简单基本的相互作用如何能够导致自然界的丰富多样性。

　　● 量子物理与量子信息:量子物理是现代科学的基础学科之一。近二十年的研究表明了量子观念在信息科学方面的核心作用, 并诞生了量子信息学。本方向着眼于量子信息的物理基础，研究工作立足于量子测量、量子开系统, 量子热力学和宏观量子现象(玻色爱因斯坦凝聚和超导量子比特)，在量子信息物理实现和量子信息方案方面开展深入和系统的工作，并力争对未来量子器件、量子态操纵和纳米机械等潜在技术发展提出新概念和新思想。我们在强调理论研究同时，密切联系于光与物质相互作用的物理实验，进一步发展处理强场中的原子分子和人工结构运动的理论方法(如半经典理论和量子混沌)。我们的研究还涉及到量子力学结构相关的数学物理问题。

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