? ? ? 2021年數(shù)理科學部共發(fā)布10個重大項目指南，擬資助5個重大項目，項目申請的直接費用預算不得超過1500萬元/項。

“超大型航天結構空間組裝動力學與控制”重大項目指南

　　尺寸達千米量級的超大型航天器是未來空間資源利用、宇宙奧秘探索、長期在軌居住的重大戰(zhàn)略性航天裝備。超大型航天器結構重量和尺寸巨大，無法通過單次火箭發(fā)射和入軌展開方式構建，需通過結構模塊化設計、多次發(fā)射和空間組裝的方式進行建造;其次，超大型航天結構組裝過程中，結構的超大尺度效應和構型變化效應與空間環(huán)境效應作用相耦合，將帶來極其復雜的耦合動力學現(xiàn)象。這對超大型航天器的動力學設計提出了兩方面的要求：一是結構的輕量化設計，以最大程度減少發(fā)射次數(shù)，降低建設成本;二是結構的可控性設計，以有效抑制組裝過程中組合體軌道與姿態(tài)漂移、控制結構變形與振動。

　　瞄準超大型航天結構在軌組裝建造的迫切需求，將航天動力學的三大研究對象“軌道”、“姿態(tài)”和“結構”進一步融合，并與“控制”學科深度交叉，推動航天器耦合動力學與控制研究方向的發(fā)展，為超大型空間基礎設施的建造奠定理論和技術基礎。

　　一、科學目標

　　瞄準超大型航天結構的減重設計和空間組裝需求，提出滿足在軌動力學要求的組裝結構輕量化設計新理論;建立空間組裝過程的“軌道-姿態(tài)-結構”耦合動力學新模型，揭示空間組裝過程的耦合動力學演化新規(guī)律;提出空間組裝過程的“軌道-姿態(tài)-結構”一體化穩(wěn)定控制新理論;探索解決超大型航天結構動力學試驗“天地一致性”問題的新方案。

　　二、研究內容

　　(一)超大型航天結構的輕量化和可控性設計。

　　提出新的超大型航天結構輕量化設計方案、發(fā)展?jié)M足超大型航天結構在軌動力學特性要求的新型組裝模塊、建立組裝模塊結構的可控性設計方法，實現(xiàn)超大型航天結構的大幅減重和結構-控制一體化。

　　(二)超大型航天結構空間組裝過程的動力學演化。

　　發(fā)展超大型航天結構空間組裝的“軌道-姿態(tài)-結構”耦合動力學建模方法;針對組裝過程中的接觸碰撞、變形振動、非保守力等問題，提出既能保持系統(tǒng)物理特性，又高效穩(wěn)定的數(shù)值方法;揭示空間環(huán)境中超大型航天結構組裝過程的動力學行為及演化規(guī)律。

　　(三)空間組裝過程軌道-姿態(tài)-結構一體化穩(wěn)定控制。

　　提出多約束條件下超大型航天結構“軌道-姿態(tài)-結構”控制執(zhí)行機構的配置方法;結合軌道和姿態(tài)控制要求，以及組裝過程結構拓撲變化、變形和振動特性，發(fā)展空間組裝過程的“軌道-姿態(tài)-結構”一體化穩(wěn)定控制方法。

　　(四)空間組裝過程動力學與控制的地面模擬試驗。

　　開展新型組裝模塊的動力學試驗、組裝過程的動力學響應與驗證試驗以及穩(wěn)定控制試驗;以地面試驗中航天器動力學響應與其在軌響應一致為目標，提出面向超大型航天結構的高可信、高精度地面動力學模擬試驗方法。

　　三、申請要求

　　申請書的附注說明選擇“超大型航天結構空間組裝動力學與控制”。

“材料長效使役性能高通量表征的力學理論與實驗方法”重大項目指南

　　材料與結構的長效使役性能分析預測是固體力學的關鍵基礎問題，也是保障重大工程裝備服役安全的技術核心。但是，固體力學的傳統(tǒng)理論與方法難以揭示材料與結構長效行為的演化機制，無法準確預測其使役壽命。材料與結構的長效行為橫跨多個時空尺度，蘊含海量數(shù)據(jù)，對其采集、分析與處理并凝練挖掘內在的力學機理也提出了全新的要求和巨大的挑戰(zhàn)。同時，大數(shù)據(jù)和機器學習的蓬勃發(fā)展為解決材料與結構的長效使役性能預測提供了新的契機和思路。

　　發(fā)展基于機理牽引的材料與結構長效使役性能高通量表征的力學理論與實驗方法，推動固體力學研究新范式的建立。一方面，基于全場分析設計和指導制備梯度樣品，創(chuàng)建和發(fā)展相應高通量實驗技術，獲得高效率、高物理相關度和內蘊力學機理的海量數(shù)據(jù);另一方面，基于大數(shù)據(jù)和機器學習，挖掘材料與結構的長效使役行為與規(guī)律，構建短時數(shù)據(jù)與長效使役性能之間的映射關系，實現(xiàn)對其使役壽命的精準預測。

　　一、科學目標

　　建立基于全場分析的梯度材料表征力學理論，發(fā)展多重物性宏微觀高通量測試技術，通過結構與性能關系的多尺度機理研究和機器學習，構建材料短時數(shù)據(jù)與長效使役性能之間的映射關系，實現(xiàn)對其使役壽命的精準預測，應用于具有重要戰(zhàn)略意義的高速列車車軸材料和全固態(tài)電池材料。

　　二、研究內容

　　(一)基于梯度樣品全場分析的高通量表征力學理論。

　　針對宏觀與微觀層次的力、熱、電、化多場耦合響應，開展基于三維連續(xù)介質理論的模型選擇、改進或簡化研究。發(fā)展解析、半解析和數(shù)值方法高精度、高效率求解對應物理模型的初邊值問題，揭示梯度樣品在多重多頻載荷下力、熱、電、化多場耦合響應的全場分布規(guī)律。結合海量實驗與模擬數(shù)據(jù)，采用機器學習研究基于全場解的參數(shù)或函數(shù)時空反演方法。

　　(二)梯度樣品宏觀層次高通量表征實驗方法。

　　研發(fā)基于第三代同步輻射光源和超聲波的多場(力、熱、電、化等)原位高通量測試方法與裝備，實現(xiàn)梯度樣品在多場環(huán)境加載下多重物性(力學性能、熱學性能和電化學輸運性能等)和材料微結構的高通量表征，揭示其短時演化規(guī)律，為長效使役性能精準預測提供海量數(shù)據(jù)支撐。

　　(三)梯度樣品微觀層次高通量表征實驗方法。

　　發(fā)展時序激勵多功能掃描探針方法與裝備，高通量表征梯度樣品局域多重物性定量信息，包括力學性能、熱學性能和電化學輸運性能等，并將其與材料微觀顯微結構關聯(lián)，構建梯度樣品多重物性空間分布及時間演化。運用所發(fā)展的方法研究機械疲勞樣品局域結構性能演化和循環(huán)載荷固態(tài)電池力-電-化多場耦合性能演化。

　　(四)機理驅動的使役行為跨時空尺度映射。

　　發(fā)展不同時空尺度和多場耦合作用下材料使役行為及其微結構演化的多尺度模擬新方法，揭示材料在力、熱、電、化等多物理場耦合作用下的微結構演化規(guī)律及其對材料長效使役性能的調控機理。基于多時空尺度海量實驗和模擬數(shù)據(jù)，通過機理牽引的機器學習，在微觀與宏觀、短時與長效多個維度建立材料使役行為的跨時空尺度映射關聯(lián)，實現(xiàn)對高速列車車軸材料和全固態(tài)電池材料使役壽命的精準預測。

　　三、申請要求

　　申請書的附注說明選擇“材料長效使役性能高通量表征的力學理論與實驗方法”。

“活動星系核反饋在星系演化中的作用”重大項目指南

　　星系的形成與演化是天體物理研究的主要方向之一。近年來觀測上陸續(xù)發(fā)現(xiàn)的一些重要結果，對傳統(tǒng)理論提出了嚴峻挑戰(zhàn)。目前的觀點普遍認為，最有希望解決上述問題的方案是活動星系核反饋?；顒有窍岛朔答伿悄壳疤祗w物理最熱門的研究課題之一，近20年來的研究取得不少重要成果。但是，不管是在觀測上還是理論上，不少關鍵科學問題并沒有得到解決。

　　造成上述現(xiàn)狀的主要原因是活動星系核反饋涉及的空間和時間尺度跨度非常大，比如從黑洞吸積盤到星系再到星系際介質空間尺度上跨越了10個量級，涉及黑洞吸積與活動星系核、星系形成與演化、以及大尺度結構與宇宙學等三個傳統(tǒng)研究領域。擬通過這三個領域的深度交叉合作，充分發(fā)揮在這些領域積累的優(yōu)勢研究力量，依托國內外多波段觀測，結合大規(guī)模數(shù)值模擬，系統(tǒng)研究活動星系核反饋在星系演化中起的作用，從理論和觀測上對這一問題進行聯(lián)合攻關，爭取在若干核心問題上取得重要突破。

　　一、科學目標

　　獲得不同光度活動星系核風的觀測證據(jù)、以及風的速度、質量流與活動星系核光度的定量關系;將低紅移星系氣體的探測深度和中高紅移星系的光譜數(shù)量提高一個數(shù)量級，并結合數(shù)值模擬，得到在不同紅移處星系以及星系際介質的各種性質，特別是星系的恒星形成率、氣體含量、星系際介質的X射線、發(fā)射和吸收線，及其與活動星系核反饋的內在關系;發(fā)展并完成星系尺度上的高分辨率數(shù)值模擬程序，獲得不同的反饋模式分別對星系中氣體和恒星形成率的影響以及風與輻射各自在反饋中起到的作用;將基于最真實和準確的活動星系核物理，完成一組包含新模型的宇宙學數(shù)值模擬，大幅改進目前的宇宙學尺度星系形成與演化研究。

　　二、研究內容

　　(一)活動星系核風的觀測研究：反饋的內邊界條件。

　　利用從射電到X射線等不同波段的觀測設備和數(shù)據(jù)，針對不同光度的活動星系核開展不同元素的藍移吸收線、連續(xù)譜以及發(fā)射線等方面的研究，獲得風的速度、空間分布、質量流等物理性質與活動星系核參數(shù)的關系;利用時域巡天獲取一個間隙性活動的超大質量黑洞樣本，開展多波段研究，給出黑洞間隙性活動的整體能量輸出。

　　(二)星系尺度上的活動星系核反饋：觀測研究。

　　利用測光數(shù)據(jù)、光譜數(shù)據(jù)和空間解析的觀測數(shù)據(jù)，結合星系尺度上的活動星系核反饋數(shù)值模擬，研究不同紅移的星系性質(如恒星質量、恒星形成率及其面密度分布、氣體含量)和活動星系核性質(如瞬時亮度、黑洞的吸積率和質量)之間的相關性;觀測中高紅移的活動星系核和星系樣本，并和低紅移做比較，研究活動星系核反饋對星系的影響隨紅移的變化。

　　(三)星系尺度上的活動星系核反饋：數(shù)值模擬研究。

　　結合小尺度上活動星系核風的觀測研究結果，以及星系外大尺度上觀測以及數(shù)值模擬給出的星系的引力勢、星系吸積內流的物理性質(包括運動學以及熱力學性質)，并從空間維度的擴展、星系引力勢、考慮塵埃的效應這幾個方面，發(fā)展星系尺度上的高分辨率活動星系核反饋數(shù)值模擬程序，研究反饋的具體物理過程，得到各種可供觀測檢驗的理論預言并與觀測結果比較。

　　(四)星系外大尺度上的研究：觀測約束以及宇宙學數(shù)值模擬。

　　將正確的活動星系核反饋物理加入到數(shù)值模擬中，促進宇宙學框架下的星系形成模型;通過大尺度宇宙學模擬得到星系以及星系群、星系團吸積氣體的質量流、熱力學狀態(tài)及其演化歷史、星系中的引力勢及其演化歷史，并作為“外邊界條件”應用于星系尺度的數(shù)值模擬;分析比較大尺度結構中的觀測和模擬數(shù)據(jù)，如星系際介質中的發(fā)射和吸收線、X射線輻射和星系成團性等，以限制反饋模型。

　　三、申請要求

　　申請書的附注說明選擇“活動星系核反饋在星系演化中的作用”。

“致密天體活動與爆發(fā)的寬能段時變與能譜研究”重大項目指南

　　我國第一顆X射線天文衛(wèi)星慧眼(HXMT)以及國內外其他空間天文高能衛(wèi)星的成功發(fā)射與運行，開拓了X射線寬能段光變和能譜研究的新窗口。

　　未來幾年，慧眼(HXMT)等高能天文衛(wèi)星將為黑洞和中子星等致密天體活動與爆發(fā)現(xiàn)象的研究進一步提供豐富的觀測數(shù)據(jù)，存在很好的科學發(fā)現(xiàn)機遇。擬充分發(fā)揮慧眼(HXMT)等高能天文衛(wèi)星的特色和優(yōu)勢，在對黑洞和中子星等致密天體活動與爆發(fā)開展新的定點、全天監(jiān)視和銀道面巡天觀測研究的同時，也要重視發(fā)掘積累的大批存檔科學數(shù)據(jù)，結合各種多波段和多信使天文觀測，重點關注極端爆發(fā)現(xiàn)象、X射線雙星系統(tǒng)吸積演化、黑洞和中子星等致密天體基本性質，全面深化和拓展對黑洞和中子星以及爆發(fā)現(xiàn)象的寬能段時變和能譜研究。

　　一、科學目標

　　發(fā)現(xiàn)幾百個伽馬射線暴，建立MeV能區(qū)高統(tǒng)計性的伽馬暴樣本，理解伽馬暴相對論噴流的伽馬射線輻射機制;監(jiān)測上百例引力波、高能中微子、快速射電暴等爆發(fā)現(xiàn)象，揭示它們的爆發(fā)機制以及黑洞、中子星等致密天體的并合物理過程和機制;系統(tǒng)地獲得十余個吸積中子星雙星和黑洞雙星的高能X射線時變和能譜演化特征和分類，理解黑洞周圍的吸積過程、相對論噴流的產(chǎn)生以及硬X射線輻射機制;測量約十個致密星(中子星或者黑洞)的基本參數(shù)(質量、磁場、自轉)，理解致密天體的基本性質;開展銀道面巡天，監(jiān)視約200個X射線天體的活動，發(fā)現(xiàn)致密天體硬X射線新的活動并且開展后隨觀測證認研究。

　　二、研究內容

　　(一)極端天體爆發(fā)的物理機制。

　　利用慧眼(HXMT)等空間天文衛(wèi)星的長期和系統(tǒng)觀測，獲得一批高品質、覆蓋幾個keV 到GeV 能區(qū)的伽馬暴光變和能譜，研究伽馬暴時變特征和瞬時輻射物理;利用慧眼(HXMT)更多地觀測磁星爆發(fā)活動，尤其是聯(lián)合FAST進行多波段聯(lián)測，從而對磁星和快速射電暴的性質和起源進行更深入的研究;利用慧眼(HXMT)衛(wèi)星監(jiān)測引力波、高能中微子和快速射電暴等特殊和重要爆發(fā)現(xiàn)象，揭示它們的爆發(fā)機制以及黑洞、中子星等致密天體的并合物理過程與機制。

　　(二)黑洞X射線雙星系統(tǒng)吸積與噴流過程。

　　系統(tǒng)地觀測研究在吸積率發(fā)生大動態(tài)范圍變化時黑洞X射線雙星的能譜和時變特征，研究最靠近黑洞的吸積盤的結構及其隨吸積率的變化，確定吸積盤內半徑和黑洞最內穩(wěn)定軌道的關系;通過研究其高能非熱輻射，確定黑洞附近的高溫冕的幾何以及理解其加熱、冷卻、輻射和運動學性質;系統(tǒng)尋找吸積黑洞的X射線噴流的觀測證據(jù)，檢驗黑洞附近是否普遍存在小尺度X射線噴流并且理解其產(chǎn)生和演化機制;測量X雙星中黑洞的自旋，并且尋找這些系統(tǒng)中的最大和最小質量的黑洞的觀測證據(jù)。

　　(三)中子星X射線雙星系統(tǒng)吸積盤與中子星相互作用。

　　系統(tǒng)地觀測研究在吸積率發(fā)生大動態(tài)范圍變化時中子星X射線雙星的能譜和時變特征，理解恒星星風、吸積盤與中子星磁場的相互作用，測量中子星的磁場強度;系統(tǒng)研究寬能段X射線脈沖的性質，理解中子星極冠區(qū)吸積柱的輻射機制;系統(tǒng)理解吸積脈沖星從低光度、到愛定頓光度、到超愛定頓光度的現(xiàn)象的多樣性和統(tǒng)一性;通過對X射線暴的寬能段研究，理解中子星高溫冕的加熱和冷卻機制以及吸積盤的可能磁重聯(lián)過程;通過研究靠近中子星的吸積盤與邊界層性質，限制中子星的半徑。

　　(四)河內寬能段的巡天監(jiān)測和后隨觀測研究。

　　利用慧眼(HXMT)等高能天文衛(wèi)星對銀道面進行系統(tǒng)的掃描巡天，給出河內硬X射線輻射源表及其短時標活動性的統(tǒng)計結果，并且構建銀道面的X射線彌散輻射天圖，建立更加精確的探測器本底模型，爭取發(fā)現(xiàn)新的硬X射線活動天體或者硬X射線輻射新現(xiàn)象;對于所發(fā)現(xiàn)的暫現(xiàn)源，追溯已有國內外的廣角光學巡天數(shù)據(jù)，尋找可能存在的相應光學對應體，同時利用國際聯(lián)測網(wǎng)開展后隨測光和測譜，進行光學證認并監(jiān)測其各種時標活動的行為，理解其過程和性質。

　　三、申請要求

　　申請書的附注說明選擇“致密天體活動與爆發(fā)的寬能段時變與能譜研究”。

“基于強太赫茲源的聲子調控誘導電子新結構與物性研究”重大項目指南

　　強場太赫茲光源作為一種新型光源，在電子行為探測、操控、加速等領域具有獨特的優(yōu)勢，為人類探索物質世界提供了新的手段。利用強場太赫茲光源，可以實現(xiàn)以往對電子的多場調控跨入通過聲子對電子的強調控范疇，將人們對電子調控的認知從電子的準平衡態(tài)行為跨越到可控遠離平衡態(tài)行為，從光與電子和晶格的微擾式相互作用向強非線性相互作用范疇跨越，這對豐富電子物態(tài)調控的物理內涵具有重要科學意義。

　　針對強場太赫茲源操控量子材料這一重大前沿科學問題，圍繞高溫超導體系、拓撲量子材料體系、催化合成反應等關鍵功能材料體系，研究滿足調控要求的下一代強場太赫茲光源以及相應的超快研究手段，系統(tǒng)研究其聲子激發(fā)調控機理和聲子可控的非平衡態(tài)電子特征，揭示非平衡物理和化學過程伴隨的電、光、磁、熱相互作用機制和物理規(guī)律，指明具有突破現(xiàn)有準平衡態(tài)電子結構性能限制的調控及合成路徑。項目的實施將推動非平衡態(tài)物性的探索和操控方法發(fā)展，將為信息和能源領域相關方向取得突破提供物理基礎。

　　一、科學目標

　　圍繞聲子調控誘導電子新結構與新奇物性的研究目標，在研究手段上發(fā)展必要的突破現(xiàn)有太赫茲光源性能極限的強場產(chǎn)生新方法，實現(xiàn)具有寬頻(整體頻譜范圍覆蓋0.1-50 THz)、強場(場強突破GV/m)、高重復頻率、頻譜連續(xù)可調等優(yōu)異特征的強場太赫茲光源，并通過人工微結構實現(xiàn)太赫茲近場強光場微區(qū)再增強條件;重點開展強場下非平衡態(tài)電子的多自由度(電、熱、磁、光、谷、軌道)動力學物理過程研究，揭示光子與各量子激發(fā)在超強太赫茲光場范疇內的相互作用新機理(如電子、聲子及光子復合激發(fā)機理);探索實現(xiàn)聲子態(tài)調控的遠離平衡態(tài)的新型量子態(tài)(如高溫超導相、拓撲量子相、Floquet量子態(tài)等)及化學反應(如合成氨反應)的遠離平衡態(tài)相干操控新效應。

　　二、研究內容

　　(一)強場太赫茲源調控電子行為的理論研究。

　　建立太赫茲強場作用下聲子和電子量子行為描述有效理論框架，建立具有熱電子效應的非平衡載流子新量子態(tài)物理模型，包括含時多體微擾理論和非微擾理論;從第一性原理計算出發(fā)，發(fā)展計算量子材料體系Floquet準能帶和哈密爾頓量演化動力學的普適方法，預言具有重要非平衡態(tài)物性的創(chuàng)新性電子材料體系。

　　(二)超強太赫茲光場構筑及實驗方法研究。

　　在強場激光驅動下，基于電子加速、光學整流、激光差頻等技術路線，構筑超強太赫茲光場，將現(xiàn)有太赫茲場強提高1-2個數(shù)量級，頻譜覆蓋0.1-50THz;構筑能夠與高重頻硬X射線自由電子激光結合的高重頻強場太赫茲光源，重復頻率達到100kHz，發(fā)展多種泵浦-探測實驗手段(包括太赫茲泵浦- X 射線衍射探測手段、太赫茲泵浦-紅外/可見光譜探測手段、太赫茲泵浦-超快光電子能譜探測手段、太赫茲泵浦-掃描隧道顯微探測手段等);通過微結構探索耦合自由電子新模式，以獲得3-5個數(shù)量級太赫茲波近場增強、重頻控制及光參量(偏振、方向、帶寬及波前形式)可調諧。

　　(三)強場太赫茲源對量子材料相干調控研究。

　　通過超強太赫茲光場與量子材料相互作用，實現(xiàn)通過聲子調控誘導的對多種典型量子材料物態(tài)的相干操控研究，如高溫超導相、拓撲相、電荷密度波相、金屬相、鐵磁鐵電相;實現(xiàn)對Floquet量子態(tài)的觀測與調控;利用選擇性的偏振太赫茲強場激發(fā)，構筑電子-光子-聲子的強耦合三體極化子并探索其量子新效應，揭示聲子調控下的電子新物態(tài)形成光電功能結構的新功能;針對重要能源催化反應的快速步驟研究太赫茲脈沖對表面鍵和催化過程的調控機制，探測并揭示對該表面催化過程起關鍵作用的特定晶格振動模式，進而發(fā)現(xiàn)太赫茲誘導的選擇反應新途徑。

　　三、申請要求

　　申請書的附注說明選擇“基于強太赫茲源的聲子調控誘導電子新結構與物性研究”。

“基于鈮酸鋰薄膜的超高速多維光場調控及其應用基礎研究”重大項目指南

　　利用高速高效率人工微結構實現(xiàn)光場多維度精確調控及其相互作用研究是物理科學研究的前沿，在復雜環(huán)境信息處理、超高分辨率光學測量、光通信、光學傳感等領域具有廣闊的應用前景。目前，人工微結構光場維度調控多聚焦于相干光場、線性效應、單一參數(shù)或多參數(shù)同時調控等，尚缺乏有效的時域上的高速動態(tài)調控?；诟咂焚|鈮酸鋰薄膜人工微結構的電光調制器件，具有極高的調控速率與效率，可實現(xiàn)時域上的有效高速動態(tài)調控，是未來發(fā)展片上人工微結構光場高速調控的重要方向。

　　融合鈮酸鋰高速光調控新原理與人工微結構光場多維聯(lián)合調控新機制，在新型鈮酸鋰薄膜上開展超高速多維光場調控技術研究，揭示鈮酸鋰薄膜復合少層微納體系時空光場多維聯(lián)合調控新機理，實現(xiàn)光場相干性快速實時動態(tài)調控及其精確測量，發(fā)展基于新型微納復合晶格結構中光場局域和非線性增強的高效光場調控和相位匹配新手段，實現(xiàn)新型高效非線性光頻率轉換，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象并揭示其物理機理。研究將推動人工微結構多維光場調控芯片在高速光信息、成像、傳輸?shù)阮I域中的應用。

　　一、科學目標

　　針對片上全域光場快速調控的需求，通過超限制備技術突破鈮酸鋰薄膜新微納結構、少層結構加工工藝，利用鈮酸鋰材料自身的多重特性，實現(xiàn)對光場以及部分相干光場的多維度超高速調控，實現(xiàn)對光場的強局域與非線性調控;發(fā)展基于電光效應的人工微結構光場多維調控新方法，并闡明其物理機理。從基礎鈮酸鋰薄膜材料微納加工技術開始，到片上集成光子器件，最后到片上光場快速調控，建立不同于現(xiàn)有光場調控的新體系。

　　二、研究內容

　　圍繞基于鈮酸鋰薄膜的超高速多維光場調控技術，發(fā)展基于電光效應的人工微結構光場多維調控新機理與方法;突破現(xiàn)有微納加工技術的能力限制，開展鈮酸鋰薄膜刻蝕機理及微納芯片制造工藝研究，利用高品質鈮酸鋰薄膜光場調控芯片實現(xiàn)超高速多維光場調控及其應用。

　　(一)鈮酸鋰刻蝕機理及鈮酸鋰薄膜微納芯片制造技術。

　　通過多種微納加工技術研究鈮酸鋰薄膜材料的精密刻蝕機理;探討鈮酸鋰光子結構表面粗糙度和晶格損傷的影響機制;發(fā)展納米尺度與精度的高效率、大尺寸鈮酸鋰薄膜材料精密加工工藝。

　　(二)鈮酸鋰薄膜莫爾晶格結構中光場局域及片上非線性增強。

　　研究基于鈮酸鋰薄膜材料莫爾晶格結構的光局域及其非線性增強機理，建立復合超晶格光子晶體能帶結構的新調控方法及手段;產(chǎn)生全布里淵區(qū)內的平帶并實現(xiàn)自動相位匹配非線性光學過程;利用非線性以及新型局域效應，實現(xiàn)片上光場頻率維度的高效轉化和高速電光動態(tài)非線性調控。

　　(三)鈮酸鋰薄膜少層微納體系時空光場多維聯(lián)合調控。

　　研究鈮酸鋰薄膜復合少層微納體系與光場相互作用的內在機制，以及鈮酸鋰薄膜微納結構對光場多維聯(lián)合調控新方案;利用鈮酸鋰薄膜的高效電光調控特性實現(xiàn)快速光場調控，解決現(xiàn)有光學人工微結構器件動態(tài)響應速度慢的核心難題;發(fā)展快速三維光譜層析等成像技術。

　　(四)基于鈮酸鋰薄膜的光場相干性快速調控及應用。

　　研究基于鈮酸鋰薄膜的光場相干性片上調控原理，探索基于片上電光效應的高效率部分相干光場空間相干結構動態(tài)實時調控及精確測量的技術方案;揭示新型相干結構部分相干光場在復雜環(huán)境中的傳輸特性;演示片上調控的新型相干結構部分相干光場在復雜環(huán)境光通訊與光信息加密、傳遞與解密中的應用。

　　三、申請要求

　　申請書的附注說明選擇“基于鈮酸鋰薄膜的超高速多維光場調控及其應用基礎研究”。

“粲夸克衰變中標準模型的精確檢驗”重大項目指南

　　高精度地檢驗粒子物理標準模型理論--描述電弱相互作用的電弱統(tǒng)一理論(EW) 和描述強相互作用的量子色動力學理論(QCD)、尋找超出標準模型的新物理是當前粒子物理研究最重要的前沿課題。粲夸克的質量處于微擾與非微擾QCD的過渡區(qū)域，對含粲夸克的粲強子衰變開展高精度的實驗測量和系統(tǒng)的理論研究為深入探討強相互作用色禁閉本質、探索新的電荷共軛-宇稱(CP)破壞機制、尋找對味結構敏感的超出標準模型的新粒子或新相互作用等提供了重要途徑。

　　我國大科學實驗裝置北京正負電子對撞機/北京譜儀(BESIII)實驗在閾值附近采集的海量粲強子數(shù)據(jù)，其成對產(chǎn)生和低本底等獨特性質為高精度研究粲強子的衰變性質提供了理想的窗口和契機。擬在BESIII實驗上系統(tǒng)、精密地研究粲強子衰變，結合系統(tǒng)的理論研究，深入探討粲強子弱衰變性質，檢驗EW理論和QCD理論，尋找超出標準模型的新物理，同時為重味物理領域B介子實驗精密測定如CP破壞相角等重大研究課題提供關鍵輸入。

　　一、科學目標

　　利用BESIII采集的海量粲強子樣本，特別是在3.773 GeV采集的20 fb-1的數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮近閾粲強子成對產(chǎn)生、背景低和量子關聯(lián)等獨特優(yōu)勢，開展中性粲介子量子關聯(lián)特性的研究，精確測量相關不同末態(tài)的平均強相位差和CP本征態(tài)成分比例，為CKM矩陣的 相角的精確測量提供關鍵參數(shù);精確測量CKM矩陣元 和 ，檢驗CKM矩陣的幺正性，探索新的CP破壞來源;精確測量粲強子衰變常數(shù)和半輕衰變形狀因子，與格點QCD理論計算值比較，刻度格點QCD計算，探尋超出標準模型新現(xiàn)象;系統(tǒng)地研究粲強子的強子末態(tài)衰變，研究強子譜學和末態(tài)相互作用，檢驗夸克味對稱性;研究粲強子衰變，高精度檢驗輕子普適性，尋找稀有或禁戒的衰變過程，精確檢驗標準模型理論、尋找超出標準模型的新物理;在理論上發(fā)展和完善非微擾能區(qū)的格點QCD計算和有效理論模型，理解粲強子弱衰變的動力學，檢驗相關的唯象模型，提高對粲強子衰變中CP破壞、衰變常數(shù)和形狀因子等理論預言的精度。

　　二、研究內容

　　(一)閾值處中性粲介子量子關聯(lián)性研究。

　　利用BESIII獲取的 閾值數(shù)據(jù)，開展量子關聯(lián)研究，精確測量 、 和 強相位差參數(shù) 和 ; 、 、 和 關聯(lián)因子和平均強相位差參數(shù); 和 的CP本征態(tài)成分的比例; 和 的CP本征態(tài)成分的比例并測定強相位差參數(shù) 和 。通過系統(tǒng)性研究，大幅度提升強相位差參數(shù)的實驗測量精度，滿足未來精確測量 的精度需求。

　　(二)粲強子的強子末態(tài)衰變機制研究。

　　高精度測量粲強子衰變到強子末態(tài)的絕對分支比，解決實驗上粲強子遍舉衰變分支比總和不足80%的問題;精確測量粲強子參考模式 、 、 、 和 的絕對分支比，為實驗測量其他衰變過程提供標定值;振幅分析粲強子的多體強子衰變，測量粲介子衰變到VP、VV、SP和AP末態(tài)的分支比(其中V、P、S和A分別代表矢量、贗標量、標量和軸矢量介子);精確測量粲介子衰變到多 介子末態(tài)單舉衰變模式的分支比以及相關不變質量譜;精確測量 中 和 遍舉道分支比間的差異;精確測量 衰變到 和 末態(tài)的分支比(其中 和 分別代表八重態(tài)重子和十重態(tài)重子);檢驗理論計算非微擾效應的參數(shù)化方法和理論唯象模型，檢驗夸克SU(2)同位旋對稱性和SU(3)味對稱性，研究輕強子譜和重子譜，發(fā)展和完善基于夸克模型的理論。

　　(三)精確測量CKM矩陣元和粲介子衰變常數(shù)。

　　系統(tǒng)研究 、 ，尋找 ，測量衰變常數(shù) 和 ，抽取矩陣元 和 ，提高衰變常數(shù)和矩陣元的測量精度，驗證CKM矩陣幺正性和輕子普適性，精確檢驗標準模型，為B物理計算提供重要輸入?yún)?shù)。提升格點QCD對粲介子衰變常數(shù)的計算精度，并與高精度實驗結果比較，探索可能的新物理跡象。

　　(四)精確測量粲介子半輕衰變形狀因子和檢驗輕子普適性。

　　在實驗上，系統(tǒng)性研究粲介子的末態(tài)含贗標、標量、矢量和軸矢量介子等各類型電子半輕衰變，精確測量其衰變分支比，研究其微分躍遷率隨 的依賴關系，抽取半輕衰變形狀因子。測量CKM矩陣元 和 ，為高精度約束CKM矩陣的幺正性提供重要補充約束，精確檢驗和深入探討當前實驗純輕和半輕方法測得的 值之間2倍以上標準偏差的偏離現(xiàn)象。系統(tǒng)測量粲介子遍舉繆子半輕衰變，高精度檢驗輕子味道普適性，檢驗當前實驗測量和標準模型預期之間存在的1.5-2.0倍標準偏差。在理論上，開展格點QCD計算若干半輕衰變形狀因子工作，與實驗結果比較，檢驗是否存在顯著偏差。

　　(五)粲強子衰變中探索新粒子和新相互作用。

　　系統(tǒng)地尋找 的如 、 和 等包含味改變中性流過程的稀有衰變，研究這些過程中的長程和短程效應，對可能的新物理模型進行有效的限制;尋找如 、 、 、 等輕子數(shù)、輕子味、重子數(shù)破壞等標準模型禁戒過程;系統(tǒng)地尋找 反應粲介子到矢量或軸矢量介子的輻射衰變過程，測量其分支比及CP對稱性，檢驗標準模型;尋找如 等稀有輻射衰變、 和 等多輕子末態(tài)純輕衰變、以及如 、 等稀有衰變過程，擴展新物理探索的范圍。

　　三、申請要求

　　申請書的附注說明選擇“粲夸克衰變中標準模型的精確檢驗”。

“基于LHAASO實驗的粒子天體物理前沿問題研究”重大項目指南

　　宇宙線是來自宇宙空間的高能粒子，最高能量是人類最大粒子加速器所能加速粒子能量的千萬倍，是聯(lián)系無窮小粒子和無窮大宇宙的橋梁，與宇宙天體中的極端物理過程相聯(lián)系。宇宙線的起源問題是粒子天體物理領域長期以來的核心科學問題，能量在1015eV附近及以下的宇宙線起源于銀河系內天體源，尋找和認證明確的宇宙線加速源是解決銀河系內宇宙線起源的關鍵。1015eV以上宇宙線在加速源區(qū)會與周圍介質作用產(chǎn)生能量大于1014eV的超高能伽馬射線，超高能伽馬射線是目前尋找宇宙線源的最佳手段。

　　基于LHAASO實驗對超高能伽馬射線測量的高靈敏度優(yōu)勢，將超高能伽馬射線天文學帶入一個新的時代，迎接觀測中不斷出現(xiàn)的新發(fā)現(xiàn)，基于LHAASO數(shù)據(jù)對宇宙線起源、加速和傳播等前沿問題開展研究，尋找1015eV及以上宇宙線的起源證據(jù)，沖擊宇宙線起源這一重大科學問題，并對天體源內部的粒子加速和輻射過程開展深入的理論研究。

　　一、科學目標

　　瞄準銀河系內1015eV宇宙線起源這一重大問題，基于LHAASO實驗數(shù)據(jù)精確測量每個超高能伽馬射線源的輻射能譜、空間分布和時變，聯(lián)合國內外射電、光學、X射線等設備數(shù)據(jù)完成相應天體源的多波段觀測和分析，建立和優(yōu)化多波段輻射模型，研究帶電粒子在天體中的加速過程與輻射特征，尋找宇宙線起源和加速證據(jù)，同時基于LHAASO數(shù)據(jù)完成銀盤彌散伽馬射線、膝區(qū)宇宙線分成分能譜和宇宙線大尺度各向異性測量，建立宇宙線在銀河系內的起源、加速和傳播的整體圖像。

　　二、研究內容

　　(一)超高能伽馬射線源的搜尋與測量。

　　能量大于1014eV的超高能伽馬射線天體源是尋找和認證1015eV以上宇宙線加速源的重要候選體，需要基于LHAASO數(shù)據(jù)開展超高能伽馬射線源巡天掃描，發(fā)現(xiàn)一批超高能伽馬射線源，然后對其輻射進行深入測量?；谫ゑR射線尋找宇宙線源的關鍵是尋找輻射起源于強子輻射證據(jù)。因為輻射機制和冷卻時標的不同，輕子源和強子源的輻射能譜和形態(tài)隨能量變化行為不同，通過測量寬能量范圍的輻射能譜和不同能量的伽馬射線擴展度可以為尋找強子起源提供關鍵證據(jù)。

　　(二)伽馬射線源多波段多信使研究。

　　起源于輕子輻射的伽馬射線源，會同時通過同步輻射在低能波段產(chǎn)生射電至硬X射線的輻射;對于強子源，預期的同步輻射流量則會比較低。強子輻射的效率依賴于源內或周邊氣體的密度，后者則可以通過測量氫α線(光學波段)、CO分子發(fā)射線(毫米波)、氫原子的21 cm譜線等來確定。強子起源的伽馬射線會伴隨同等能量的中微子產(chǎn)生。因此多波段、多信使的觀測對于理解超高能伽馬源的物理性質、源區(qū)物理過程以及尋找宇宙線起源具有至關重要的作用。

　　(三)伽馬射線源內的粒子加速、輻射與輸運過程的研究。

　　銀河系內重要的超高能伽馬射線輻射源，是探尋超高能粒子加速器的有效觀測手段，包括脈沖星及其風云、年輕大質量星團和超新星遺跡等天體。針對LHAASO及多波觀測結果，利用PIC和MHD的數(shù)值方法，仔細研究不同天體環(huán)境下粒子的加速和輻射的過程，分析和總結其物理規(guī)律和可能的新物理;構建多波段非熱輻射含時演化模型，合理解釋觀測結果。

　　(四)星際介質中彌散伽馬射線相關物理研究。

　　基于LHAASO數(shù)據(jù)對銀河系彌散伽馬射線的分布、能譜進行測量，結合分子原子譜線觀測得到的星際介質各成分的分布信息，研究宇宙線在銀河系內的大尺度分布;對宇宙線在源附近的擴散與輻射進行數(shù)值模擬，研究天體源附近星際湍動磁場的性質，進而研究銀河系內不同位置宇宙線的傳播和起源的信息。

　　(五)基于宇宙線的能譜和各向異性測量研究其起源和傳播。

　　宇宙線不同成分的能譜和大尺度各向異性中蘊含著其起源和傳播的關鍵信息，雖然在傳播過程中失去其方向信息?；贚HAASO對“膝”區(qū)宇宙線主要成分的能譜和大尺度各向異性進行精確測量，對宇宙線的成分、起源、傳播問題、“膝”的成因問題以及太陽系附近湍動磁場的性質等問題開展深入研究。

　　三、申請要求

　　申請書的附注說明選擇“基于LHAASO實驗的粒子天體物理前沿問題研究”。

“先進核能系統(tǒng)中材料的若干協(xié)同損傷作用機理研究”重大項目指南

　　在聚變堆等先進核能系統(tǒng)中，材料既遭受高能強流中子輻照，產(chǎn)生大量的離位損傷，又經(jīng)受著高熱負荷、強粒子流轟擊及嬗變氣體等的共同作用。中子輻照與多種因素的協(xié)同作用對材料造成的損傷及材料性能的退化比單因素獨立作用下更為嚴重，這將對服役于先進核能系統(tǒng)中的材料提出更為嚴峻的挑戰(zhàn)。因此，必須同時考慮中子輻照及相伴發(fā)生的多種因素對材料的協(xié)同損傷作用。

　　鑒于聚變能等先進核能對最終解決人類社會能源問題的重要性，我國及歐美等國家先后提出了在本世紀中葉實現(xiàn)聚變能發(fā)電的宏偉目標。然而，到目前為止，世界上還沒有可用于材料輻照測評考驗的高通量聚變中子源或聚變堆。國際學術界對高能中子等多因素共同作用下的材料協(xié)同損傷效應僅形成了初步的認識，亟需在其損傷機理及計算與實驗模擬方法等基礎研究方面開展深入研究。以多因素協(xié)同損傷作用的物理過程為基礎，依托數(shù)理學部和工材學部，發(fā)揮學科交叉優(yōu)勢，從協(xié)同作用的原初過程、協(xié)同損傷效應機理、大尺度計算模擬方法、多離子束實驗模擬方法等多個方面，重點攻克聚變堆等先進核能系統(tǒng)中高能中子-氫-氦及中子輻照-粒子流-熱負荷兩類協(xié)同損傷作用機理的難題，從而為聚變堆等先進核能系統(tǒng)的材料篩選及測評奠定堅實的基礎。

　　一、科學目標

　　瞄準服役于聚變能等先進核能的典型材料，充分利用國內大型托克馬克、高熱負荷測試和多束離子輻照等裝置，厘清高能中子-嬗變氫氦、中子輻照-粒子流-熱負荷兩類協(xié)同損傷作用的耦合機制;闡明多種因素作用下材料遭受的協(xié)同損傷效應的機理;建立能夠模擬上述協(xié)同損傷作用的實驗與計算模擬方法;基于計算和實驗模擬，實現(xiàn)在聚變堆等綜合服役環(huán)境下國產(chǎn)低活化鋼、氧化物彌散強化(ODS)鋼、鎢基合金等關鍵材料的篩選及性能評估。

　　二、研究內容

　　(一)高能中子輻照的離位損傷與氫、氦對材料的協(xié)同損傷作用機制研究。

　　針對聚變堆等先進核能系統(tǒng)不同空間位置氫、氦來源及方式等的差異，明確材料中離位缺陷和氫、氦的時空關聯(lián)，闡明氫、氦在與離位缺陷協(xié)同損傷中的作用;實驗測量并模擬計算在高能中子輻照下，氫-氦-空位等各類缺陷之間的耦合強度及對材料的協(xié)同損傷程度，揭示離位缺陷-氫-氦協(xié)同損傷作用的演化規(guī)律。

　　(二)高能中子輻照離位損傷與熱負荷、粒子流對聚變堆第一壁協(xié)同損傷的作用機制研究。

　　針對聚變堆面向等離子體材料的服役環(huán)境，通過偏濾器靶板同量級高束流密度等離子體輻照與高熱負荷實驗，并結合多尺度計算模擬，揭示在強粒子流和高熱負荷條件下，聚變堆中子輻照損傷對鎢基第一壁表面侵蝕及氣泡形成的增強作用和不同溫度下鎢基合金中輻照缺陷對氫同位素的捕獲機制，以及中子輻照-熱負荷-粒子流協(xié)同損傷下鎢基第一壁的力學和熱學性能演化規(guī)律。

　　(三)多因素協(xié)同損傷效應的長時大尺度計算模擬方法建立。

　　發(fā)展多種損傷因素在時間和空間上耦合的計算模擬、不同損傷產(chǎn)生率下離位缺陷-氫-氦協(xié)同作用的大尺度計算模擬、協(xié)同損傷下典型材料宏觀力學與熱學性能演化的多尺度模擬等技術，建立模擬聚變堆等先進核能系統(tǒng)材料的高能中子-氫-氦與中子輻照-粒子流-熱負荷等的協(xié)同損傷效應的計算模擬方法，并與實驗模擬結果相驗證。

　　(四)聚變中子-氫-氦協(xié)同效應的多離子束模擬實驗方法建立。

　　發(fā)展重離子、氫、氦兩束和三束離子同時精確輻照及在線觀測技術，實現(xiàn)兩個數(shù)量級以上調整優(yōu)化輻照離位損傷率及氫、氦產(chǎn)生率的實驗方法，并結合計算模擬結果，建立在微觀尺度上模擬材料在聚變堆等服役環(huán)境下離位缺陷與氫/氦協(xié)同作用的多離子束輻照實驗方法;實現(xiàn)在協(xié)同損傷作用下國產(chǎn)低活化鋼、ODS鋼等關鍵候選材料的性能評估。

　　三、申請要求

　　申請書的附注說明選擇“先進核能系統(tǒng)中材料的若干協(xié)同損傷作用機理研究”。

“高精度X射線反射鏡的關鍵科學與技術問題”重大項目指南

　　同步輻射光源具備高亮度、高相干、高準直和光譜覆蓋廣的優(yōu)勢，能夠在原子分子層次探索物質內部結構及演化規(guī)律，催生了一系列推動科學和技術發(fā)展重大研究成果。隨著新一代同步輻射和X射線自由電子激光大科學裝置的快速發(fā)展，基于超高亮度相干X射線光源開展納米分辨的結構和譜學觀測已經(jīng)變得越來越迫切，這對于X射線光子的傳輸和調控提出了更嚴格的要求：一是解決反射鏡表面形貌對相干X射線波前傳輸?shù)挠绊憜栴}，二是如何實現(xiàn)對相干X射線的超高精度操控和波前自適應補償。

　　擬通過系統(tǒng)研究大尺寸單晶硅材料表面原子級形貌構建規(guī)律，突破X射線反射鏡加工、形貌檢測和光機集成等關鍵技術，形成具有自主知識產(chǎn)權的X射線高精度反射鏡的全鏈條創(chuàng)新技術體系，在嚴峻的國際大環(huán)境下，保障我國光源大科學裝置的建設實施，支撐前沿科學研究取得原始創(chuàng)新突破。

　　一、科學目標

　　基于超高精度反射鏡表面形貌對相干X射線波前傳輸?shù)挠绊?，研究單晶硅納米形貌的原子級構建規(guī)律，揭示超強X射線輻照下單晶硅材料和薄膜的損傷機理及力熱變形機制;建立跨尺度全頻譜納米表面形貌的在線和離線高精度表征方法，發(fā)展大尺寸超高精度反射鏡的復合加工技術和集成技術，實現(xiàn)相干X射線波前的在線實時操控和自適應主動補償;形成具有自主知識產(chǎn)權的X射線高精度反射鏡的全鏈條創(chuàng)新技術體系。

　　二、研究內容

　　(一)大尺寸復雜輪廓單晶硅納米精度表面形貌構造規(guī)律研究。

　　建立相干X射線波前反射傳輸及受形貌結構影響的理論分析方法，從原子尺度認識單晶硅宏微形貌各自的構建規(guī)律;基于不同加工方法，揭示包括低頻輪廓、中頻面形、高頻粗糙度的全頻譜形貌在納米膠體顆粒、離子濺射和原子沉積等作用下的演化規(guī)律，闡明影響單晶硅表面納米形貌形成的弛豫平滑或粗糙化等物理機制;發(fā)展基于化學機械拋光、離子束精修和輪廓鍍膜等方法的超高精度大尺寸單晶硅的復合加工技術。

　　(二)全頻譜納米形貌的綜合檢測評估方法研究。

　　基于激光干涉和探針掃描等技術，結合功率譜密度理論，發(fā)展表面形貌精密拼接測量方法，獲取全頻譜跨尺度的納米精度形貌信息;基于同步輻射光源，建立X射線波前在線檢測的相關計算理論和方法，實現(xiàn)X射線波前的快速精準測量，溯源重建工作狀態(tài)下反射表面的真實形貌。

　　(三)高亮度相干X射線與材料表面相互作用機制。

　　針對超高亮度相干X射線輻照，建立從飛秒到微秒不同時間尺度下X射線光子與薄膜材料內部電子、晶格等的吸收、激發(fā)、傳導多物理場模型，揭示極端光場下材料與X射線的相互作用機制;探索薄膜材料新結構，在保證X射線高效反射的同時提高抗損傷性能，并發(fā)展大尺寸高均勻性鍍制技術，將薄膜的結構一致性提升至亞納米水平。

　　(四)光機集成系統(tǒng)中跨尺度表面形貌的多物理場影響規(guī)律研究。

　　建立超高亮度X射線輻照下單晶硅反射表面熱負載產(chǎn)生和分布的理論模型，闡明冷卻導熱和夾持接觸方式對反射表面納米尺度形貌和X射線波前的影響機制。面向元件工作時熱負載、裝配加持和重力變形等問題，發(fā)展高精度集成加工技術，研制具有超低形變特性的光機一體化結構;面向X射線衍射極限聚焦需求，發(fā)展相干X射線完美 波前的在線實時操控和自適應主動補償技術。

　　三、申請要求

　　申請書的附注說明選擇“高精度X射線反射鏡的關鍵科學與技術問題”。

國家自然科學基金委員會辦公室?

2021年8月4日印發(fā)