本期，小編精選了國家自然科學基金委員會數學物理科學部編，數理科學“十三五”規劃戰略研究報告中的物理學學科優先發展領域，至此，數學物理科學所含的數學、力學、天文學和物理學的學科優先發展領域完整呈現給廣大讀者。
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當前，我國物理學研究有了很大的發展，研究水平達到了一定高度。物理研究的重要基礎設施和實驗條件等都有了極大改觀，藉助國家人才政策凝聚了一批優秀物理學家，形成了一支穩定、高研究素質的隊伍。目前，物理學各分支學科已有較大的覆蓋面，與其他學科的交叉更加深入、全面，在許多領域取得了國際同行廣泛關注的研究成果，一些研究方向已處於學科發展的最前沿，甚至有些研究成果已成為學科發展的重要標誌，一些學科分支已在國際上引領學科的發展。我國物理學發展已從過去跟蹤學科前沿發展，逐漸進入到推動和引領學科前沿發展的新階段。未來 5年裡，在若干重要方向上將引領學科的國際發展趨勢。
以下分領域提出學科優先發展領域。
1.量子物理與量子信息
根據學科發展現狀和趨勢，量子信息學研究將實現如下科學目標：
突破實用化量子通信技術的一系列技術瓶頸，構建安全的全域量子通信網絡體系；面向通用可編程量子計算，實現多個量子比特的尋址和高精度相干操縱；對一些重要的、經典計算機不能有效模擬的複雜物理體系進行量子模擬；實現有應用價值的量子技術，如量子計量學。
我國的量子信息學科已經在國際上佔據一席之地，在一些分支點已經處於世界領先水平。“十三五”期間，要繼續保持發展勢頭，僅並行和跟蹤是不夠的，必須有一兩項原始創新的引領性工作。因此，我們必須加強量子信息及其物理的基礎研究，發展關鍵性的儀器設備創新，靠商用設備和他人技術路線是不能獲得原始創新的。要減少沒有科學動機、浪費資源、創紀錄式的演示性實驗的泛濫，要麼可靠穩妥地解決國家實際需求提出的問題，要麼在基礎方面有前沿性的重要意義。
要加強的優勢方向
結合前述科學目標和我國當前的研究基礎，預計在“十三五”期間我國最有可能做出重大及開創性成果的優先發展領域為：
（1）實用化量子通信技術。
（2）基於固態自旋、超導、量子點等具備良好可擴展性物理體系的固態量子計算。
（3）基於超冷原子光晶格和自旋磁共振等實驗體系的量子模擬。
（4）基於單自旋的量子靈敏探測及單分子水平的結構分析和成像。
（5）直接基於實驗和啟發實驗的量子物理基礎問題研究。
2.原子分子物理
要加強的優勢方向有：
（1）超快強激光場中原子分子動力學研究。
（2）原子分子量子態的操控研究。
（3）溫、熱稠密物質的結構、輻射性質和狀態方程研究。
（4）電子、離子碰撞物理前沿研究。
要扶持的薄弱方向
（1）複雜氣體原子分子環境中飛秒激光脈衝傳播規律研究。
（2）相關先進研究平臺建設。原子分子物理學科是實驗性很強的學科，面向學科前沿和國家重大需求，逐步有計劃地進行學科相關先進研究平臺的建設對提升整體創新科學研究實力至關重要。
建設：① 10fs以下超快強激光與原子分子相互作用研究裝置，探索超短強激光誘導的新量子現象、規律，認識極端條件下物質的基本行為和變化動力學；②發展高效高次諧波輻射和阿秒脈衝產生與探測技術，探索超強 EUV和 X射線激光與原子分子相互作用的動力學以及阿秒脈衝控制電子運動技術；③與高能量密度相關的原子高剝離態及其過程研究平臺，為認識和掌握高溫高密度等離子體性質提供原子高剝離態輻射、碰撞相互作用的基礎原子分子過程及數據支持；④結合極端波長（軟 X射線到太赫茲）輻射源和超快激光技術，發展極端波長超快相干光對原子分子的泵浦 -探測技術，發展基於原子分子的影像譜學、符合測量等檢測技術；⑤高性能計算與模擬平臺，著重發展基於高精度量子從頭算方法、含時的多體動力學量子計算方法、非平衡態過程計算等。
要鼓勵的交叉方向
（1）原子分子團簇的結構與物理化學性質的研究。
（2）超快原子分子磁性演變和自旋反轉動力學研究。
（3）複雜分子體系性質及動力學的飛秒時間分辨研究。
3.光 學
建議的優先發展方向
今後 10年，需要圍繞開創科學前沿和服務國家需求兩個基本點展開學科佈局，進一步凝練研究目標，充分發揮光學學科與其他學科交叉和融合的綜合優勢，力爭實現若干重大突破和重要應用。建議的優先發展方向如下：
（一）超快和超強光物理
超快和超強光物理研究，一方面需要進一步探索發展超強超快激光新原理與新方法，創造更強更快的極端物理條件；另一方面，利用超快超強激光與物質的相互作用探索新的物理效應和應用。超快超強激光脈寬已達到週期甚至亞週期量級，激光與物質的相互作用也將產生新現象與規律。超快超強激光與特殊形態物質的相互作用也成為新的研究內容。超快超強激光加速機制可獲得比傳統加速器更高的加速梯度，有望發展成新型激光粒子加速器。激光驅動的強場高次諧波為獲得極紫外區相干光源提供了一種有效途徑，開創出了阿秒科學新領域。
（二）介觀尺度光子學
介觀尺度光子學發展方向已集中在納米及深亞波長新型光場的產生，突破衍射極限空間尺度相干光場的產生，納米尺度的極端光聚焦、表徵與操控，介觀光學結構光過程的精確描述，以及微納結構中光子與電子、聲子等相互作用的新機制等。光場約束能力與局域 /傳輸損耗關係的突破以及尋求新材料新結構是該介觀尺度光子學重要的研究方向之一。目前，具有超強約束能力的表面等離激元納米線結構，在表面等離激元共振波長附近，已經有希望將光場尺度約束到可以與固體中電子波函數所確定的空間尺度相當的程度，但是電子集群振盪與材料晶格之間能量交換所帶來的高能量損耗，仍然沒有解決。在介觀尺度上結合近場光學、導波光學、非線性光學和量子光學等效應，是實現更好約束光場傳輸的有希望的途徑之一。
（三）人工光場操控及相干控制應用
對光場進行人工操控和修改，從而創造出相應的極端條件對物理體系進行深入研究是極端光學前沿的重要領域之一。人工光場操控涵蓋時間和空間等四維空間的調控和改變， 4個維度相互耦合。總體看，可分為光脈衝整形及相干控制（時間）和光空域調控（空間三維）。
（四）量子光學及冷原子分子物理
量子光學方向重大研究問題主要包括基礎物理研究及量子態工程、光與物質相互作用中的量子光學研究和量子器件以及固態與人工結構中的量子光學問題。
此外，光電、電光轉換物理與太陽能及照明等應用研究也是光學重要的交叉研究領域，對轉換機理、動力學過程、尺度及表界面效應等進行深入研究，提出新機理，發展新材料、新結構，發展新型高效太陽能與電光轉換器件。
建議重點支持的先進研究平臺
為支撐上述優先發展領域和方向的研究，建議加強相關綜合性研究平臺的建立。歷史上許多重大的科學發現都得益於實驗條件的進步和研究手段的拓展。近年來極低溫、強磁場、超快超強光場和高壓等極端條件的發展和運用，使得人們可以在實驗室中發現並研究物理、材料、化學和生命科學中許多奇妙的新現象，為未來能源、信息和材料等領域中科學問題的研究和核心技術的解決提供了新的途徑。建議“十三五”期間重點支持的先進研究平臺如下。
（一）同步輻射光源裝置
（二）超強激光綜合研究平臺
（三）納米、微米尺度精密介觀光學加工和研究平臺
（四）光量子信息研究平臺
4.量 子 光 學
依據學科的發展特點及自身規律，量子光學與冷原子分子物理未來的發展目標仍將站在國際前沿，瞄準以光子與原子（分子）為基礎的高尖端技術所牽引的重大科學問題。在思想深度、控制精度與認識高度上推進人類對光與微觀物質世界的認識的飛躍，產生對本學科發展具有深遠影響的突破性理論、原創性關鍵技術原理，以及能促進其他相關學科進步、形成前景廣闊的交叉領域的科學思想。通過重點佈局具有原始技術創新性的研究方向，發展與其他相關學科，如凝聚態物理、納米科學、材料科學、量子信息等密切相關的量子表徵技術，開拓推動學科自身發展、引領人類文明進步與滿足國家戰略需求等相關的核心技術。同時在發展中，為年輕學者創造機遇與環境，在該領域造就一批世界級的科學家和領軍人物，形成若干個引領國際前沿的研究團隊和中心。
要加強的優勢方向
目前學科整體上已有很好的研究積累，已形成一些高水平的優勢方向，具備了一定的國際競爭能力。學科發展佈局需要繼續保持優勢方向的可持續發展，同時又要進一步凝練研究目標，力爭在以下優勢方向上，發揮我們的長處，取得國際引領性的研究成果，實現若干重大科學思想與關鍵技術突破。
（1）光子 -物質相互作用與量子操控。在量子水平上，探索光子 -原子相互作用的新機制，發展光子、原子（離子）的精密量子操控新方法與新技術。包括腔量子電動力學（QED）及受限空間中的原子 -光子相互作用、單量子水平控制；量子非線性光學，包括光子的非線性相互作用、量子轉換、基於相干原子系綜的光子 -原子量子操控、量子干涉與量子關聯等。
（2）冷原子氣體的物性研究。在已有的玻色 -愛因斯坦凝聚和簡併費米氣體的實驗基礎上，探討如何實現對冷原子外部環境和內態超導精確操控、裁剪原子間的相互作用以及發展高分辨率的原位成像技術和各種譜技術，推進對冷原子氣體的物性研究。另外，由於不同元素具有不同性質，有可能導致新的物理，其探索包括其他鹼土金屬和鑭系金屬元素在內的新原子種類的冷卻，這也是冷原子物理的一個重要方向。
要扶持的薄弱方向
量子光學和冷原子分子的實驗研究主要受制於各類實驗技術和儀器設備，應重點扶持的薄弱方向包括：
（1）量子光學和冷原子中的實驗與技術。
（2）超冷分子氣體的製備和操控。
要鼓勵的交叉方向
學科交叉是科學研究創新的源泉，是新學科生長的溫床。量子光學與冷原子分子物理從一開始從自身角度的發展到相互融合，已形成了若干個交叉方向與生長點。在未來發展中需要鼓勵的交叉方向包括：（但不限於以下內容）
（1）量子信息中的光子、原子與分子。
（2）凝聚態物理與量子光學。
（3）基於冷原子氣體的量子模擬。
（4）能源與生命科學中的量子光學問題。
要促進的前沿方向
（1）量子腔光力學。
（2）量子計量學。
（3）超強耦合腔量子電動力學。
（4）雜化量子系統。
（5）高能光子量子光學。
（6）超冷裡德堡原子氣體。
5.超強場物理
我國在強場正負電子方面的研究可以說剛起步，因此需要開闢新的研究方向，併力爭在國際上影響和引領這個學科的發展。其研究對深入理解 QED真空在超強場下產生正負電子對的物理過程以及實驗研究起到積極的促進和指導作用。
Z箍縮研究具有重要的應用前景，尤其在驅動慣性約束聚變研究方面可以帶動很多學科的發展。我們將立足於現有實驗平臺開展理論研究和實驗研究，增強研究力量，針對聚變問題開展理論研究和部分物理過程的實驗驗證，逐漸形成我國在 Z箍縮驅動慣性約束聚變研究方面的技術路線。在慣性磁約束聚變領域的研究得到了快速發展，並引起了國際同行的關注。學科進一步發展的目標是，通過與慣性磁約束聚變相關的理論及實驗方面的研究，帶動高能量密度物理及強磁場物理研究發展，促進相關領域及應用的大力發展，爭取在國際慣性磁約束聚變領域佔據一席之位，同時探索出一條適合我國國情的慣性磁約束聚變途徑。
要加強的優勢方向
（1）運用求解 QVE的方法。
（2）基於“聚龍一號”實驗平臺的理論和實驗研究。
（3）大電流 Z箍縮驅動器概念設計和關鍵單元技術研究。
（4）高溫磁化等離子體聚變點火機理的研究。
（5）超強磁場與物質的相互作用理論研究。
要扶持的薄弱方向
（1）Z箍縮內爆的早期等離子體形成，涉及單絲汽化、電離、單絲等離子體形成以及多相混合等物理過程和問題，同時，單絲等離子體的融合、等離子體的整體消融、不穩定性種子的特徵仍是需要深入分析研究的問題。
（2）套筒內爆不穩定性和燃料的激光預熱與磁化過程研究，同時研究其對燃料壓縮、等離子體能量損失以及粒子能量沉積的影響。
（3）Z箍縮驅動條件下的靶物理研究。Z箍縮具有區別於激光的顯著特點，因此靶設計必須考慮到 Z箍縮驅動源的特徵以開展專門的研究。
（4）金屬材料在超強磁場環境下的動態性質。主要針對金屬材料特別是鋁、鐵、銅以及金等，在超強磁場作用下，主要強調其物理狀態和導電特性從固體到液態及氣體的變化情況，以及對聚變過程所產生的影響。
（5）超強磁場在固體、液體、氣體以及等離子體中的擴散規律。一方面是均勻的超強磁場在金屬中的正常擴散及輸運特性；另一方面是非均勻的超強磁場位形在金屬中的反常擴散及輸運特性。
（6）高溫氘氚磁化等離子體的熱核反應截面以及輸運係數研究。這與實現慣性磁約束聚變息息相關，非常重要，這一研究或許能夠揭示實現點火的重要微觀信息，對高能量密度物理的發展產生重大影響。
要鼓勵的交叉方向
（1）鼓勵與等離子體物理的交叉，通過對強場下產生的正負電子對所構成的對等離子體的研究，發現新的等離子體波的現象，並揭示其物理特性。
（2）鼓勵與超快科學和技術的結合與交叉。飛秒超過技術有著廣闊的應用前景，已經成為調控和探測量子真空態的有力工具。這方面有望做出新發現和新物理。
（3）鼓勵與核物理的交叉，如處理重離子碰撞中夸克對的產生和夸克膠子等離子體的形成等問題。
（4）高溫磁化等離子體的診斷技術，包括高溫磁化等離子體溫度密度壓強以及超強磁場的測量診斷技術。
（5）強脈衝磁場下的能量轉換機制研究，探索相關能量轉換機制、開展強脈衝磁場下的湍流、輸運研究是理解磁場與物質相互作用，認識強 X射線輻射源產生過程的基礎和關鍵。
（6）高溫磁化等離子體靶的形成與磁重聯及現象研究，這或許可以溝通微觀點火機制與宏觀天體現象的聯繫，形成相互借鑑的交叉學科。
要促進的前沿方向
（1）非微擾區域中的多光子過程。
（2）針對有較多研究基礎的方向，包括 X射線輻射源產生、黑腔輻射輸運以及 Z箍縮驅動慣性約束聚變整體過程，設立重點研究課題，給予較大強度的支持，開展針對性研究。
（3）應鼓勵在脈衝強磁場條件下開展等離子體與電磁能轉換機理、磁化套筒慣性聚變等方面的基礎研究，並提供持續穩定的資助。
6.半導體物理
要想改變我國半導體物理的研究現狀，面對挑戰，迎頭趕上，必須按照科學創新的客觀規律行事，必須重視半導體物理對半導體科學技術創新的引領作用。
順應與凝聚態物理其他分支學科交叉的趨勢，從項目研究、學術研討和人員流動等方面主動推進學科均衡發展和交叉，在保持一定數量的、從事半導體物理的研究隊伍的同時，要重視相關基地的建設，儘快將我國半導體物理的研究水平提升到國際先進水平。
大力推進將半導體物理研究中的新概念、新現象應用於半導體材料和器件的研製之中，提升我國研製新材料、新器件的創新能力，徹底改變以往我國半導體科學技術長期只做跟蹤研究的被動局面。
7.超導和強關聯
我國的超導和強關聯物理學科研究經過了過去 10年的快速發展，在國際上佔據了一席之地。學科進一步發展的目標就是要在現有基礎之上，繼續發揮我國在超導和強關聯研究方面的優勢，擴大研究隊伍體量，爭取在未來的 10年達到日本在超導和強關聯領域研究隊伍的體量，進一步增強競爭力，在“十三五”期間不僅能夠繼續做出一批具有國際水平的研究工作，力爭在鐵基超導和重費米子超導機理方面取得重大進展，並且能夠做出一至兩項最原始的研究工作，發現一種新的具有重大意義的超導材料（如一種新的超過液氮溫度的超導體），開闢高溫超導研究的新方向，在國際上引領本學科的發展。
要加強的優勢方向
（1）鐵基超導機理的研究。
（2）高溫超導材料的探索。
（3）新型強關聯量子材料的探索。
要扶持的薄弱方向
（1）材料是本學科發展的驅動力，目前的年輕力量也仍顯不足，有待加強扶持。除了體材料之外，也須加強在複雜體系薄膜和界面體系的精確控制生長技術的研發。
（2）重費米子超導有豐富的物性，許多基本問題仍然長期懸而未決。特別是 5f體系中有很多新的現象亟待發現。我國在此領域的研究開展較晚，力量薄弱，須扶持。但是因為我國在超導研究的前期積累，有希望在重費米子超導機理研究上取得重大突破。
（3）同步輻射等大型科學裝置的實驗技術提升。先進同步輻射技術非常豐富，往往能夠揭示關聯材料的重要微觀信息，但是我國凝聚態物理領域的先進同步輻射實驗站比較欠缺，可以通過儀器項目的支持，建設這方面的能力。類似的，中子散射和強磁場等涉及大科學裝置的實驗技術也有待大力扶持。
要鼓勵的交叉方向
（1）鼓勵與表面物理的交叉，通過構築超導和強關聯材料的表面與界面，發現新的量子現象。
（2）鼓勵與超快科學和技術的結合與交叉。
（3）與拓撲量子材料的交叉領域，如近藤拓撲絕緣體、拓撲超導體等有可能做出很多新的發現。
（4）與以石墨烯為代表的二維晶體的交叉。
（5）基於關聯電子材料的量子器件開發。
要促進的前沿方向
界面超導，特別是 FeSe/STO等界面體系，有可能突破液氮溫區，產生重大影響。因其結構簡單，對於超導機理也很有研究價值。
8.磁 學
我國的磁學研究經過過去 20多年的快速發展，在稀土永磁等稀土 -3d過渡族化合物、磁電阻效應、巨磁熱效應等研究方面發展迅速，在國際上佔據了一席之地。在現有的基礎之上，經過“十三五”期間的發展，一定能夠繼續發揮我國在磁學研究的優勢，培養青年人才，壯大和增強研究隊伍，能夠繼續做出一批具有國際水平的研究工作，力爭在拓撲磁性、自旋電子學、磁性關聯電子材料、多鐵性物理等方面取得重大進展，發現具有重大意義的磁性新材料，開闢磁學研究的新方向。
要佈局的磁學新生長點
拓撲磁性。拓撲磁學是研究具有拓撲自旋結構的材料、物理及其應用的新興學科。拓撲自旋結構是一種新的自旋量子態。磁性斯格明子是一種磁性拓撲態，在一個週期性單元中自旋指向空間所有方向，圍成一個球，任何方向的自旋可以在同一單元中找到其旋轉 180゜的鏡像。由於拓撲對稱性的保護而不易受外界干擾，同時驅動其運動的臨界電流密度要比驅動疇壁移動的臨界值小 5～ 6個量級，因而具有拓撲自旋結構的材料將是未來信息技術的核心材料。
要保持的優勢方向
（1）自旋電子學。
（2）關聯電子磁性材料與異質結構。
（3）多鐵性材料與物理。
要扶持的薄弱方向
（1）傳統磁學（如稀土永磁等）涉及國家安全和經濟建設等重大需求，而且具有不可替代性，但往往由於被認為沒有“新物理”而得不到重視，要加強對傳統磁學的研究，特別是新型磁性功能材料的探索。
（2）強磁場下材料往往會產生新的磁現象和磁相變，中子散射可以獲得磁結構的精確信息，同步輻射可以作為先進磁表徵技術如 XMCD的光源。進一步扶持與完善基於大科學裝置的實驗技術，是提升磁學研究，推動磁學發展的重要手段。
要鼓勵的交叉方向
（1）磁學與半導體物理、表面物理、超導與強關聯、固態量子信息等領域的交叉將會產生新的前沿方向和生長點，推動凝聚態物理的發展。
（2）磁學與生物醫學、化學等學科的結合與交叉將會開闢全新的學科方向，併產生重大的應用前景。
9.表面、界面物理
爭取在未來的 10年內我國的表面界面物理研究整體達到世界領先水平，建立一個結構合理的研究隊伍。通過強力資助異質結界面量子態研究，促進表面界面物理與高溫超導、半導體物理、磁學和材料學科的全面交叉與融合，取得一系列的重大科學突破，使之成為我國主導的重點領域。
要加強的優勢方向
（1）拓撲量子態。
（2）界面超導態。
（3）異質結熱電材料。
（4）高效光電轉化效率的異質結。
（5）超導 /拓撲絕緣體 /熱電材料 /磁性材料的異質結。
這方面的重大科學突破或目標：一系列全新的 Tc超過 77K的高溫超導體系的發現、高溫超導機理的解決、 Majorana費米子的實驗驗證、拓撲超導態的實現、高階量子反常霍爾效應的觀測、新的高轉化效率的太陽能材料和高熱電係數的熱電材料的發現等。
要扶持的薄弱方向
（1）目前，高質量氧化物薄膜材料的製備是制約表面界面物理最關鍵的瓶頸問題。要真正實現高質量的氧化物材料的可控制備，表面生長動力學和薄膜生長機理是關鍵，也是難點和薄弱環節，需要鼓勵和扶持。
（2）不同材料異質結的製備，如石墨烯 /BN、拓撲絕緣體 /超導等，這是一個非常難的材料製備問題，需要鼓勵不同學術背景的科研人員參與。
（3）加強對科學儀器及實驗技術的自主性研發。新技術的應用往往會帶來一些關鍵的突破，如原位輸運測量技術的發展，證明了單層 FeSe/STO超導有可能突破液氮溫度。加強 LEEM和 PEEM實驗技術的發展，我國在這方面的研究幾乎是空白。
要鼓勵的交叉方向
（1）鼓勵表面界面物理與高溫超導、低維磁學的交叉。這可能是解決高溫超導和發現新奇磁性現象的一個重要機遇所在。
（2）鼓勵與電子學和信息科學的交叉。拓撲絕緣體和拓撲量子態的研究對未來的電子學和量子計算的發展極其重要，目前已到了需要交叉研究的關鍵時刻。
（3）鼓勵與半導體領域的交叉，特別是與半導體電子學和太陽能利用的交叉。
（4）鼓勵與能源材料特別是熱電材料的交叉以及與催化領域的交叉（後者是傳統的表面科學內容）。
要促進的前沿方向
（1）界面超導，特別是 FeSe/STO等界面體系，有可能突破液氮溫區，產生重大影響。因其結構簡單，對於超導機理也很有研究價值。
（2）拓撲超導和 Majorana費米子。該方向在未來 5年左右將會有重大突破。
進一步促進理論和實驗的結合
理論研究在該學科的發展中起了重要作用，特別是對拓撲絕緣體方面的發展更是起到了指導作用。培養高水平的理論研究隊伍，加強理論和實驗的密切合作也是提高該領域研究水平，實行學科目標的重要途徑。
10.聲 學
優勢方向與薄弱方向的平衡
對照國外近年的聲學研究，我國在大氣聲學、動物聲學、心理和生理聲學、語言聲學等方向的研究相對薄弱，而這些方向在對提高人類生活質量，認識大自然，或者服務於人類方面是十分重要的，“十三五”期間，我國應該對其引起足夠的重視。
多個學部的交叉
在國家自然科學基金資助的範圍內，聲學學科涉及多個學部，除數理學部外，還有醫學部（醫學超聲）、信息學部（通信聲學和語音處理）和地學部（大氣聲學、地球聲學和海洋聲學）。數理學部資助偏重於物理性研究的項目。而聲學本質上是一門應用性極強的學科，其物理問題一般是在實際應用與工程中提出的。因此，建議與不同學部交叉，開展重大項目或者重大計劃的研究。
加強基礎性研究
鑑於聲學在國民經濟和國防建設中不可替代的作用，加強我國聲學領域的基礎和應用基礎研究是十分必要的，特別是聲學應用中突出的共性物理問題，如複雜介質中聲的傳播和調控，在聲學應用的各個方面都存在，只是應用的具體背景不同，研究的尺度不同。尤其要重視水聲物理的研究。
加強國際合作
聲學領域的國際合作投入需要進一步加強，通過實施國際科技合作重點項目，提高我國聲學研究的總體水平和層次，培養一批高水平的聲學科技人才，特別是要注重培養具有國際影響力的領軍人物。重點支持若干項由我國聲學家提出的、有一定優勢和特色（如淺海聲傳播研究、 HIFU治療、噪聲控制工程等）的國際合作項目。
加強人才隊伍培養
加強聲學人才隊伍的培養和建設是聲學領域迫切需要解決的問題。聲學學科是物理學中的“小學科”，但在國家經濟建設、國防建設中不可或缺，甚至不可替代，可以說有“大用處”。希望聲學學科在創新群體建設、國家傑出青年和優秀青年培養、重大項目和計劃的設置等方面取得更好成績。
11.軟凝聚態物理及交叉領域
要加強發展的優勢方向包括：
（1）探討其介觀多級結構與特殊性能和形成機制的物理機制。
（2）水相關的基礎科學問題的研究。
（3）軟物質凝聚體系的研究。
（4）軟物質凝聚體系的集體行為的研究。
（5）相變。
12.基礎物理（理論物理）
優先發展和交叉研究領域：
（1）極早期宇宙研究。
（2）超弦 /M-理論研究。
（3）超出標準模型新物理的理論研究。
（4）高能物理與天文學的交叉。
13.基礎物理（統計物理）
統計物理是交叉性很強的學科，只有交叉才能保持生命力，因此發展統計物理學科要做加法，不能做減法，要不斷融入一些從其他學科發展起來的新興方向。與此同時，結合學科發展趨勢和緊迫性，建議集中力量側重以下幾個方面的研究。
（一）小系統物理
低維小系統呈現出極為豐富的新物理效應，具有巨大的理論和應用研究價值，已經成為物理、材料、化學、生物等領域的主要對象，是統計物理、熱力學、非線性動力學、量子理論、凝聚態理論等學科的前沿熱點，是當前理論創新和技術發展的重要源泉。低維小系統不僅包括量子點、量子阱，納米線、納米管、石墨烯、納米顆粒以及由它們組成的微型器件，而且還包括生命過程中的微納米結構和微納米系統（如 DNA、蛋白質、微管等），其物理內涵非常廣泛，包括小系統的統計物理、輸運理論、凝聚態物理，相互作用量子小系統的動力學，量子熱力學與量子熱機，量子經典對應，生命過程中的輸運與能量轉換，量子網絡上的能量轉化，微流體理論，微環境中水的性質等重要科學問題。由於其維度降低或尺寸縮小，熱漲落甚至量子漲落成為決定系統性質的關鍵，這使得小系統必將成為統計物理與熱力學的重點方向，同時，小系統物理涉及物理學各個領域，建議作為物理學科的重點交叉方向進行佈局。
（二）基礎理論與統計物理方法研究
基礎研究不僅是應用發展的前提，也是國內統計物理學科能否取得國際地位的關鍵。近年來隨著物理學研究對象的快速拓展，發展統計物理基本理論和方法的必要性越來越突出，取得突破性進展的條件正在成熟。主要科學問題包括統計物理的基礎，統計物理模型和方程的精確解，非平衡相變、動力學相變、量子相變以及其他新型相變和臨界現象的刻畫與機理，無序和自選玻璃系統的統計物理及其在信息科學與優化問題上的應用，非平衡輸運理論特別是低維材料與系統的輸運理論，反常擴散的統計物理理論，非平衡漲落和響應的一般性理論，非廣延系統的統計物理等。統計物理方法對應用問題具有關鍵作用，發展解析和數值方法也是基礎研究的重要內容。
近年來，量子物理和統計物理兩個方面基本問題的研究表現出了相融合的趨勢。例如，量子相變研究揭示了微觀粒子的相互作用和量子漲落的競爭會導致與相互作用細節無關的普適性，量子漲落可能會導致非平衡穩態中存在量子相干性。從量子力學的角度考察統計物理的基礎，量子系統的遍歷性、廣義 Gibbs系綜及其適用性、多體局域化、典型態與系綜描述的關係、本徵態熱化假定與平衡態的關係、平衡態的微觀含義、溫度理解正在成為研究熱點。這一趨勢值得特別重視，可能會導致統計物理的深刻變化。
（三）應用研究與交叉領域
統計物理應用研究前沿廣泛地分佈在物理學、化學、生物等學科領域，這些領域都有大量的應用研究課題，對推動相應學科的發展具有重要意義，這些交叉課題都值得支持。同時，統計物理基礎研究隊伍應集中力量發展一些具有一般共性的新興交叉方向，搶佔先機，取得原創性成果。
（1）與生命過程、生物活性物質有關的交叉領域。
（2）複雜網絡與金融、社會科學相關問題的研究。
（3）其他交叉領域。非平衡統計在宇宙學中的應用，如相對論 Brownian運動、背景輻射精細結構等。
14.粒 子 物 理
優先支持的領域
粒子物理學科發展目標瞄準重大科學前沿問題，突破關鍵技術和方法，加強優勢領域、持薄弱方向、長遠佈局，鼓勵促進學科交叉。優先支持的領域有：
（一）標準模型精確檢驗及超出標準模型新物理研究和高能量實驗前沿
（二）強相互作用理論及唯象研究、味物理及對稱性研究和高精度實驗前沿
（三）非加速器實驗前沿
（四）粒子物理實驗方法和技術
發展的領域和方向
（一）進一步加強的優勢方向
北京譜儀實驗（ BESIII）；大亞灣與江門核反應堆中微子實驗；羊八井和四川稻城高原宇宙線實驗。
（二）需大力加強的方向
LHC實驗及其升級改造； CJPL深地實驗室的建造和相關實驗；先進的粒子物理實驗方法和技術（包括加速器、探測器、核電子學技術等）。
（三）需促進扶持的方向：
1.下一代新的實驗裝置可行性和關鍵技術預研
（1）以τ -粲物理為主要目標，兼容同步輻射光源的下一代高亮度正負電子加速器（high intensity electron positron accelerator facility）；
（2）以研究 Higgs粒子性質和精確測量 Z玻色子為主要目標的大型環型正負電子對撞機（circular electron positron collider），及以發現新粒子、新現象為目標的能量約100TeV的超級強子對撞機（super proton proton collider）；
（3）以尋找暗物質、反物質，研究宇宙線的起源、組成成分及其加速機制為目標的空間和高原實驗室。
2.國際合作
（1）基於加速器的高亮度和高精度前沿實驗： LHCb實驗、 BelleII實驗、 FAIR上的 Panda和 CBM實驗、Jlab 12GeV實驗；
（2）中微子實驗：進行以太陽和大氣中微子研究的日本超級神岡（Super-K）實驗；研究中微子震盪的美國費米實驗室長基線中微子實驗（LBNF）；以美國為主的無中微子雙β衰變實驗 EXO-200；
（3）以尋找反物質、暗物質，精確研究宇宙線為目標的，在國際空間站進行的 AMSII實驗；
（4）意大利國家地下實驗室（ Gran Sasso）進行的暗物質尋找實驗Darkside、Xenon。
15.核 物 理
結合國際上核物理研究的前沿方向和國內的研究基礎，特別是蘭州和北京兩個大科學裝置，以及配合即將開始建設的我國新一代核物理大科學裝置，建議我國的核物理研究突出和加強以下研究領域：
（一）在蘭州與北京大科學裝置上開展核性質、核結構和核反應研究
可望取得重大突破的方向包括：
（1）不穩定核的基本性質（包括質量）的精確測量。
（2）滴線區原子核的奇異結構（如集團、2p、2n等）研究。
（3）同位旋相關的衰變譜學研究。
（4）合成超重核的新機制和新技術。
（5）關鍵天體核反應測量。
（6）弱束縛（開放體系）量子多體理論。
（二）中高能重離子碰撞與高溫高密核物質
（三）北京譜儀與新強子態及其性質研究
可望取得重大突破的方向包括：①基於 HIAF的核子結構研究；②重夸克偶素能譜和 XYZ新強子態；③超子激發態的性質及其輻射躍遷；④基於國內大科學裝置的核子宇稱破壞過程；⑤核物質中強子的性質。
16.核技術及應用
為推動我國核科學技術及應用研究的迅速發展，取得重大創新的研究成果，解決國家安全和經濟建設急需的重大科學問題，為國民經濟和社會生產力的發展做出重要貢獻。核技術及應用應重點資助以下研究：
（一）核能利用
大力開展與核能利用相關的核技術研究，服務國家能源戰略，已變得十分迫切。需要開展的重要研究方面包括先進反應堆物理、新概念核反應系統（如加速器驅動次臨界系統）、核燃料的裂變物理、核燃料的處理、強輻照條件下的材料性質等相關的物理問題與技術方法。
（二）先進放療技術
質子治癌和重離子治癌作為兩種先進的放射治療技術，因癌症治療效果顯著，在國際上得到了較快的發展。隨著我國經濟水平的快速發展，以及對健康水平要求的不斷提高，我國在這方面的需求也日益增長。我國在質子加速器和重離子加速器研製方面已具備了較好的技術積累，在離子輻照生物學效應與治療機理方面的研究也具有良好的基礎，應進一步加強對離子輻照治療癌症裝置研製和離子輻照治療癌症機理研究中的重要科學和技術問題的研究。
（三）核影像技術與新型探測技術
在核影像方面，應大力加強在以下若干關鍵科學問題和關鍵技術方面的研究：發展核影像方法、理論與算法，顯著增強在核影像方面的自主創新能力和系統集成能力，發展新型的高靈敏度探測技術，支撐自主研製高性能的核影像系統。加強國家社會公共安全相關核影像技術新原理、新技術與新方法的研究，發展新型的核影像系統。在新型探測器方面，應加強先進脈衝射線束測量、先進輻射探測、逆康普頓散射源、以寬禁帶半導體探測器為代表的新型探測器等方面的研究。
（四）大科學研究裝置關鍵原理與技術
大科學裝置是核科學技術發揮的重要支柱。在這個方面重點支持以下研究：先進指標加速器的前沿理論和關鍵技術研究，包括強流高電荷態離子源、強流高功率超導直線加速器技術、強流重離子橫向累積與縱向堆積、強流重離子動態真空技術、強流重離子束流阻抗與不穩定性、先進的束流診斷和冷卻技術、超導磁鐵和高性能電源等；基於大科學裝置平臺的空間輻照單粒子效應、生物效應的研究。
17.同 步 輻 射
實驗技術是探索未知世界、發現自然規律的科學研究手段。 21世紀的基礎科學研究正從傳統被動的“觀測時代”走向主動的“控制時代”。隨著同步輻射光源性能的持續提升，近期應該大力發展同步輻射大科學裝置與科學研究相適應的實驗探測手段，更好地從原位、實時、動態的角度開展針對我國的重大戰略需求和當今世界的若干前沿重要科學問題的深入研究，將有望實現我國科學研究在物理、化學、材料、生命、能源和環境等領域的重點跨越，並提升核心科學競爭力。同時，光源的質量和探測器的測量能力是開展實驗研究的關鍵環節，應該提前佈局新光源的加速器物理原理和關鍵技術的預研探索研究，以及高靈敏、響應快、低噪聲的各種能量波段新型探測器的研究。
要重點支持的方向
考慮到我國科學家的優勢學科和近期有望取得突破性進展的主要研究方向（關聯電子材料的物理問題研究，低維納米功能材料的研究，金屬團簇和表界面結構的調控與生長動力學研究，蛋白質大分子結構、生物細胞和醫學成像的研究，能源和工程結構相關材料在服役狀態下的原位動態研究，量子調控的研究，極端條件下的物質結構研究），重點支持如下的實驗方法和新光源研究：
（一）同步輻射實驗先進技術和新方法
1.快時間分辨實驗技術
（1）秒～微秒量級的時間分辨技術。
（2）納秒～飛秒量級的時間分辨技術。
2.高空間分辨實驗技術
目前已可以利用微米量級的 X射線光斑對物質的微觀結構進行深入地成像觀測，最終的觀察目標是希望能夠清晰看到分子中的每一個原子，因此，需要空間分辨本領達到納米尺度，使我們能夠有效觀察物質內部的活動，如反應、場、激發和運動，回答生命、材料、能源和環境等學科中的重要問題。
（1）微納米空間分辨技術。
（2）10nm以下空間分辨技術。
3.高能量分辨實驗技術
（二）同步輻射光源
1.建設高亮度光源——自由電子激光光源
2.建設超小光斑光源——衍射極限儲存環光源
3.建設高穩定束流光源——能量回收儲存環光源
需要扶持的薄弱方向
（一）多種技術聯合的實驗技術
多種能量波段技術的聯用： X射線吸收譜、軟 X射線和紅外光譜是兩種結構信息互補的實驗技術，分別從原子能級和分子能級兩個不同層次研究物質結構。發展 X射線吸收譜、軟 X射線和紅外光譜的組合聯用技術，原位動態地探索複雜體系的原子結構、電子結構和分子結構的結構信息。
多種探測實驗方法的聯用：發展同步輻射的衍射、吸收、散射和成像等聯用技術，使得能夠開展對某一種物質的聯合探測，原位實時地獲得多種實驗結果來進行相互比較和印證，提高研究結果的可靠性。
（二）同步輻射的關鍵光學元器件及探測器研製
光學元器件是實現同步輻射光束會聚、單色和調控的重要基礎之一，探測器是同步輻射實驗的重要設備，其性能直接決定實驗的效率和質量。隨著同步輻射光源的發展，迫切需要發展光學元器件及探測器來發揮同步輻射光源的能力。
1.高空間分辨聚焦、單色和反射元器件的技術
2.新型探測器技術
18.等離子體物理
對磁約束聚變等離子體物理進行研究，進一步發揮 EAST在穩態和 HL-2M在先進偏濾器位形的優勢，結合理論和大規模數值模擬的同步發展，在國際聚變界能夠引領穩態等離子體物理和技術方向的發展。同時，在磁約束聚變研究領域，積極支持非託卡馬克磁約束位形的探索；在慣性約束聚變研究領域，積極支持非中心點火方案的新點火途徑。這樣，可能會產生原創性的聚變研究途徑或方案。在基礎等離子體研究領域，鼓勵更多高校的參與和充分發揮一批中小型研究平臺的科學效益，結合人才培養，為其他等離子體物理研究的可持續發展提供強大的後盾。
需要加強的優勢方向
在磁約束聚變方面，我國兩大裝置 EAST和 HL-2A/2M的加熱和診斷能力已瞄準未來聚變堆等離子體物理關鍵科學技術問題，有望在約束改善、穩態、高能粒子、射頻波物理等方向上做出有國際影響力的成果，並逐步形成一些具有國際競爭力的團隊。
（1）宏觀穩定性和動力學的研究，集中發展定量預測能力和探索新的等離子體運行狀態，有可能使我國在穩態高約束等離子體運行模式方面取得重要突破，並在動力學效應和非局域的長程效應的簡化流體和動力學混合模型、不同時間尺度過程耦合和非線性過程的理論和實驗研究方面取得一批有國際競爭力的成果。
（2）微觀不穩定性、湍流和輸運的研究，需要發展更精確地預測湍流和輸運的模型，特別是包含電子動力學和在相空間所有維數上的多尺度湍流 /輸運模型，有可能在深入理解約束改善機理上有所突破。
（3）邊界等離子體物理和控制的研究，重點是尋找降低熱和粒子流對材料表面損傷的方式，包括基於原子分子過程的輻射（脫靶）偏濾器以及新概念
（如雪花、超級 -X偏濾器）的研究。 EAST長脈衝和 HL-2M位形靈活的優勢有可能使我國取得一批國際領先的成果。
（4）聚變等離子體中的波 -粒相互作用研究，需要理解複雜條件下波與粒子相互作用及其與其他物理過程的耦合，理解和預防高能粒子引起的不穩定性，並進一步加深對波 -粒相互作用和快離子輸運和非線性過程的理解。我國已具有一支優秀的理論和數值模擬團隊，磁約束聚變裝置上已有的加熱系統及其相關的診斷為開展這一方向上的前沿研究提供了難得的條件。
（5）磁約束等離子體是一個高度非線性和自組織的複雜體系，不同時空尺度過程間存在相互作用。需要加強對多個方面的物理集成理論模型的發展，為未來聚變堆的設計提供物理基礎。
在慣性約束聚變方面，積極推動高能量密度等離子體物理的發展。高能量密度物理是慣性約束聚變以及天體物理的基礎，國內的研究機構已經具備深入開展高能量密度等離子體物理研究的平臺，形成了多個研究團隊。針對慣性約束聚變以及天體物理的基本過程開展分解研究，有望做出新的科學發現。
基礎等離子體已有較好的基礎，進一步的發展鼓勵以自由探索模式為主，側重於對新概念、新現象的追求，併為其他領域的持續發展提供強大的後盾。例如，等離子體中多尺度模式之間的非線性相互作用研究，對等離子體物理多個領域的應用都具有關鍵性的意義。磁重聯過程是解釋實驗室、空間、天體等離子體中很多重要物理現象的關鍵。該領域的研究工作應與高校中的人才培養緊密配合，作為等離子體學科的整體協同發展。
要扶持的薄弱方向
低溫等離子體源物理與技術是需要優先考慮的研究方向，包括：微加工所需的新型等離子體源物理和技術基礎，高氣壓、大尺度等離子體源物理和技術基礎，大功率熱等離子體源物理。促進先進等離子體診斷特別是新型高時空分辨診斷技術的發展，推動診斷、理論模型、計算模擬的結合。繼續扶持等離子體與材料相互作用基本過程的研究，同時關注等離子體新材料製備技術的基礎研究，為發展特殊功能材料的等離子體調控的新機理和新方法提供依據。
應促進的前沿方向
等離子體是一個高度非線性和自組織的複雜體系，不同時空尺度過程間存在相互作用。作為一個經典的物理學分支，經典的數學工具和計算方法已經難以大規模地推動等離子體物理理論的發展。重點發展現代理論方法和先進數值算法的研究，帶動對等離子體非線性和複雜性的更深層次的理解，在等離子體物理基本理論領域找到新的學科增長點。
本文摘編自國家自然科學基金委員會數學物理科學部編《國家自然科學基金數理科學“十三五”規劃戰略研究報告》（ 責編：侯俊琳 朱萍萍 郭學雯）第四篇第四章，內容有刪減，欲知詳細內容，請關注圖書。
國家自然科學基金數理科學“十三五”規劃戰略研究報告
國家自然科學基金委員會數學物理科學部 編
北京：科學出版社，2016.12
ISBN 978-7-03-051491-2
“十三五”時期是我國全面建成小康社會的關鍵時期和建設創新型國家的決定性階段，為科學謀劃科學基金的發展，國家自然科學基金委員會於 2014 年 5 月啟動了“十三五”規劃戰略研究工作，這對繁榮基礎研究，提升我國原始創新能力和服務創新驅動發展具有重要的戰略意義。按照國家自然科學基金委員會戰略研究工作方案的部署和要求，數學物理科學部進一步細化了數學物理科學“十三五”規劃戰略研究，開展了數學物理科學所含數學、力學、天文學和物理學四個學科的“十三五”規劃戰略研究工作。“十三五”規劃戰略研究內容包括：學科發展戰略、學科優先發展領域、數理科學內部學科交叉優先領域、與其他科學交叉優先領域、實現“十三五”發展戰略的政策措施等。
（本期編輯：安靜）
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