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中國科學院理論物理前沿重點實驗室理論物理前沿重點實驗室屬於基礎理論類實驗室。實驗室定位為：依託理論物理研究所，面向科學前沿，面向國家大科學工程，堅持「開放、流動、競爭、聯合」，聯合全國理論物理學工作者，凝鍊並研究理論物理最基本的核心問題，促進交叉學科發展，為國家大科學工程提供引領，積極推進「科教融合」，培養創新型人才，成為國內外同行廣泛認同、具有國際一流水平的「基礎研究中心、人才培養基地、學術交流平台」。

研究方向

理論物理前沿重點實驗室將主要圍繞以下四個方向開展研究。

1、粒子物理與粒子天體物理及核物理

粒子物理新物理與強相互作用物理基本問題的研究：針對粒子物理標準模型所存在的問題，圍繞大型強子對撞機（LHC）實驗，拓展標準模型。通過深入研究各種理論模型，包括超弦唯象理論、超對稱大統一模型、超對稱標準模型、雙黑格斯二重態模型、左右對稱模型等，推動在LHC和其它實驗檢驗這些模型。同時，發展和提出能解釋新實驗結果的新模型、新理論，以解決粒子物理學相關的基本問題。密切結合國內外大型科學裝置，開展強相互作用和強子、原子核等層次的物質結構及相關基本問題研究。

暗物質本質、重子物質起源的研究：在暗物質的模型構造、暗物質的起源及演化、暗物質與重子物質的相互作用、暗物質的實驗探測等方面展開研究。另外，還將開展各種新物理模型中的電弱相變、宇稱-電荷共軛聯合對稱性破缺、由輕子數破壞導致的重子數產生等相關方面的研究，解釋宇宙中物質與反物質的起源。

2、弦論、引力理論與宇宙學

早期宇宙暴脹模型和暗能量性質的研究：着重於早期暴脹模型的構造，探索原初曲率擾動的產生機制，特別是曲率擾動分布的非高斯性；充分利用最新天文觀測數據，研究暗能量狀態參數對參數化的相關性和特徵性質，給出更合理和自洽的暗能量狀態方程，建立暗能量唯象模型，區分暗能量模型和修改的引力模型，從基本自洽引力理論出發，理解暗能量的起源及其本質。

引力理論與共形場論相關基本物理問題的研究：研究引力的本質、量子引力理論、引力理論和熱力學及流體力學的關係，開展利用引力的全息性質在低能量子色動力學和凝聚態物理中的應用研究。利用AdS/CFT對偶性研究低能色動力學的性質，如手征相變、禁閉相變、色超導和夸克膠子等離子體等的性質，以及凝聚態物理中的一些現象，如高溫超導、霍爾效應、KT相變、奇異金屬、費米液體、非費米液體、拓撲絕緣體、冷原子體系等，期望在高溫超導的機制和拓撲物態的理論等方面及相關低能量子色動力學的性質研究中取得突破性進展。

3、統計物理與理論生物物理

生命科學啟發的若干理論問題：結合解析求解、計算機分子動力學模擬、統計數據挖掘等多種理論研究方法研究實際生物體系的作用機制，同時發展相關研究方法。開展分子機器的機理研究，包括生物膜自組裝、酶分子機器的動力學、嵌膜分子機器（離子泵、線粒體能量分子工廠）及神經衝動、肌肉及細胞運動等。針對動物遷徙中神經系統對弱磁場方向識別的量子敏感性問題，研究自由基反應的量子物理問題，從而把化學動力學、光化學、磁共振和自由基化學物理等方面的研究綜合起來，實現交叉領域的新突破。

複雜系統與統計物理基本問題：研究複雜系統和有限系統的相變與臨界現象以及統計物理在社會學中的應用；研究自旋玻璃和玻璃動力學過程統計物理理論及其在交叉學科中的應用；採用理論和計算機模擬相結合，研究隨機組合優化問題中的相變現象、隨機搜索算法和基於統計物理理論的信息傳遞算法、神經網絡中的分布式學習機制等。

4、凝聚態物理與量子物理

在凝聚態物理系統中實現拓撲量子計算的理論研究：運用密度矩陣重正化群或嚴格對角化技術，檢驗非幺正符合費米子場論方法得到p波配對平均場基態波函數和准粒子波函數，建立偶數分數量子霍爾邊緣態的微觀理論。結合分數量子霍爾系統計算二維奇異拓撲激發，發展可靠的計算方法來研究無序對拓撲態的影響。對於拓撲量子計算，將考慮在二維量子反常霍爾效應系統中通過超導體的接觸效應來誘導非阿貝爾任意子。開展高溫超導機理和量子相變的理論探索，加強對銅氧化物超導體和鐵基超導體中的反鐵磁性漲落、磁激發及其對超導電子配對的影響、磁激發與聲子之間的耦合作用及其對超導性質影響的定量研究。

量子物理/原子、分子和光物理基本問題研究：研究與量子測量密切聯繫的微觀系統量子控制問題。在量子層次研究熱力學循環和量子熱機，聯繫普適量子計算物理極限。在信息科學方面，探索如何把各種量子系統相干地耦合起來，形成相干接口，在量子態層面上完成不同類型能量、信息的傳輸和交換。研究人工光合作用機制，並由此設計具有高效光電轉換仿生功能的固體人工器件。研究光場量子特性對光合作用的影響，針對考慮相干光誘導相干的Frenkel激發，探索提高光能電能轉換的新途徑。開展基於冷原子/分子體系的量子模擬，研究在柱對稱勢阱中的偶極旋量BEC的量子磁性和宏觀磁矩隧穿、雙阱中偶極BEC的碎裂態以及宏觀量子疊加態、利用光晶格中的偶極量子氣體模擬各種量子自旋系統及其量子態的傳輸。開展與固態系統的量子光學與光力系統相關的研究。探索單原子或負離子光電過程的基本規律，包括外電磁場或微結構對原子或負離子光吸收過程的影響即回歸譜的研究，各種微腔對原子自發輻射過程的影響研究以及雙中心體系光電過程的量子干涉問題研究。