物理小论文

理论物理学及其交叉科学若干前沿问题

2003年项目申请指南

理论物理学是对自然界各个层次物质结构和运动基本规律进行理论探索和研究的学科。物理学及其相关交叉科学的基本理论的建立是一个艰苦的、需要长期积累的过程，它需要各种思维类型的科学工作者，特别是高素质的优秀人才相互合作、多方探索方可取得突破。而正确的理论一旦建立，常会出人意料地把许多表面上看起来互不相干的现象联系起来，发挥理论的指导作用，带动物理学、其他自然科学乃至技术科学的发展。这些充分显示出理论物理研究作为基础研究的长期性、前瞻性和先导性，同时也清晰地表明同相关学科之间的相互交叉是理论物理适用范围的自然延伸。

本重大研究计划要求所申请的项目应在科学上具有特色及创新思想，欢迎各方面高素质的研究人员参与，并鼓励进行学科交叉及理论与实验相结合的研究。本重大研究计划的设立，旨在充分发挥理论物理研究的前瞻性、基础性和原始创新的作用，造就出一批理论研究的杰出人才，增强我国自然科学研究的原始创新能力，使我国理论物理及其交叉科学在21世纪前期步入国际最先进行列。

本重大研究计划强调要能鼓励并吸引优秀人才参加项目申请并在实施过程中逐步形成自己的特色。2002

年度共受理了36项申请，择优资助18项，项目总资助经费为870万元（3年）。本重大研究计划注重在实施过程中加强理论和实验之间、多学科之间的紧密结合。对粒子、强子物理领域项目布局的依据之一是紧密围绕目前国际上正在建造或已经运行的一些大型实验装置，充分利用即将或已经涌现出来的大量实验数据，抓住理论工作有可能取得重大突破的有利时机。在有机固体和聚合物的理论物理研究领域，对受资助的部分项目进行了主动集成与合并，以期推动物理与化学、理论与实验的人员的有机结合。本重大研究计划重视项目组建后的管理工作，如通过设联络员等方式把交叉领域如理论物理和生命科学交叉领域的合作与交流活动进一步地落到实处，以利于加强学术交流，增进不同学科之间的了解，产生创新思想，取得高水平的研究成果。

总体科学目标

1、按照21世纪理论物理前沿和交叉学科研究发展形势的要求，拓宽、调整我国理论物理研究方向的配置。除了在我们已有较强力量和积累的传统研究方向上加强力量、扩大优势之外，特别要注重在学科交叉和跨学科研究领域的一些相对薄弱的方面选择重要的研究方向，积极探索研究，逐步形成优势。

2、通过对理论和实验的结合点、学科交叉点和对于学科内部矛盾的认真分析，在与国际前沿紧密结合的、全国性的良好学术环境中取得一批原始创新性的成果，发表一批高质量的学术论文和专著，力争在一定时期内率先解释或预言（预言后得到实验验证）2至3个有全局意义的重要实验结果，在某些方向上做出独创性工作。

3、通过在认真选定的研究方向上持续研究的实践，培养、锻炼和发现人才，特别注意不同思维类型人才的发现和培养，造就一批立足国内、为国际一流同行所承认的优秀理论物理学家和能在相关交叉学科起关键作用的理论科学家。

研究内容

1、量子场论及其相关问题的研究

量子论及其相对论性推广——量子场论是描述物质世界运动的基本理论。随着现代科学技术的发展，高能物理实验对标准模型的精确检验已达TeV能量，天体物理也发现了黑洞存在的证据，这些成就给量子场论提出了新的挑战和机遇。除了解决夸克禁闭，超对称破缺和引力的量子化及与其他3种相互作用力的统一之外，量子场论还是新概念和新方法提出和产生的催化剂。对量子场论的研究，不可能离开理论与实验的相互配合，最近理论上提出存在实验可验证的额外维空间和与此相关的极低能量标度的超弦理论，引起了实验学家的极大兴趣，已经设计了多个实验验证这些预言。如果这些预言在今后10年左右能被实验证实的话，量子场论和高能物理的研究将迎来另一个黄金时代，并将对其他学科产生重要的影响。

我国在量子场论的研究上有一定的基础，曾在量子场论的大范围性质和反常的研究中做出过具有国际先进水平的一系列工作，在量子群和可积系统方面投入了较多的人力，取得了一定的优势。最近，超弦理论的研究队伍在我国的某些单位已经形成。因此，结合量子场论发展的前沿和我国国情，选择当前在量子场论前沿领域所提出的一些重大理论问题，重点在与超弦理论有关的问题上集中深入地开展研究，将对量子场论及其相关领域产生重要深远的影响。

科学目标：

立足创新，瞄准前沿，以探索和解决量子场论中的非微扰问题（如夸克囚禁和超对称破缺）和4种相互作用的统一问题为研究方向，着重发挥量子场论研究中提出的新概念、新方向、新方法和对其他领域的指导作用。鼓励学科之间的相互促进，突出重点，争取在某些方面有所突破，达到国际先进水平，推动和促进我国高能物理和凝聚态物理等相关学科的进一步发展。

研究内容：

(1）Seiberg-Witten理论中的可积系统问题。

（2）量子场论中的对偶性和非微扰问题。

（3）弯曲空间中超弦理论的量子化、超弦理论的圈图计算和AdS/共形场论对应。

（4）非对易量子场论的性质、非交换几何和超弦理论的基本表述。

（5）超对称破缺和量子场论（尤其是对偶性）在高能物理和凝聚态物理等相关学科中

的应用。

2、粒子物理中标准模型及相关宇宙学问题的理论研究

20世纪后半期人类对物质结构的认识已深入到了夸克-胶子的层次，在总结大量实验的基础上建立了粒子物理的标准模型理论，其中包含了弱电统一规范理论和量子色动力学。这一理论成功地经受了大量实验的检验，但又面临着一些十分尖锐的挑战，有待进一步的检验和发展。电弱对称破缺机制是标准模型的基石，而它预言的Higgs粒子一直未在实验上发现，即将运行的Tevatron和正在建造的LHC等对撞机实验有可能发现Higgs 粒子，或有可能揭示超出于标准模型的新物理；中微子质量是否为零和CP破坏产生的机制以及夸克禁闭机制等这样一些基本理论问题都尚未得到解决。作为量子色动力学和电弱统一规范理论基础的量子场论面临非微扰求解困难。所有这些围绕对称性自发破缺机制的本质和夸克囚禁的本质这两大难题为线索的挑战性矛盾正在推动着粒子物理的发展。中国理论物理学家应抓住时机，密切结合实验进展做出贡献并取得重要成果。

科学目标：

紧密结合BEPC/BES和国际上最新的实验结果进一步精确检验和发展粒子物理中标准模型理论，对标准模型的成功和存在问题有更深刻的理解并揭示超出于标准模型可能的新物理。

研究内容：

(1）高能对撞机物理及新物理的理论研究。即将运行Tevatron和正在造的LHC以及正在计划阶段的e+e-直线对撞机是高能物理实验研究最前沿，结合高能对撞机研究top夸克、Higgs粒子以及超出于标准模型的新物理（例如超对称理论是一种可能的新物理模型）。

（2）重味物理和CP破坏机制。紧密结合两个B介子工厂的实验结果从理论上研究B介子衰变中强子矩阵元计算、CP破坏机制以及稀有衰变，也包括含有b夸克或c夸克的重味相关的理论研究。

（3）J/ψ家族和τ-charm物理。紧密结合我国正负电子对撞机的实验结果研究胶球、混杂态、τ轻子物理、Charm介子以及J/ψ家族相关的物理。

(4）量子色动力学的微扰和非微扰理论研究。QCD微扰计算中的相关问题，如重求和方法在物理过程的应用；发展QCD非微扰唯象方法以及格点规范理论的计算。

（5）与宇宙学相关的科学问题。宇宙中暗物质的本质是什么？如何探索？中微子实验的进展表明不同类中微子混合和中微子质量不为零。构造现实模型研究中微子的质量和不同轻子味的动力学规律。

3、相对论重离子碰撞中的新现象及低能强子物理的理论研究

相对论重离子碰撞中的新现象及低能强子物理的理论研究是深层次物质结构和动力学规律研究的前沿课

题之一，对探索夸克-胶子等离子体这一全新的物质状态及量子色动力学的非微扰性质有重要意义。

科学目标：