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学科简介
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粒子物理与原子核物理

二级学科中文名称:粒子物理与原子核物理
      英文名称:ParticlePhysicsandNuclearPhysics

  一、学科概况
       高能所是1981年国务院学位委员会批准的首批具有博士、硕士学位授予权单位之一,1982年培养出我国第一位理学博士,1996年物理学被首批批准按一级学科授予学位。粒子物理与原子核物理(粒子物理专业和原子核物理专业合并)是首批批准的博士、硕士培养点。
       经过30多年的发展,在几代老一辈高能物理学家的努力下,以北京正负电子对撞机等大科学装置为标志,使该学科在国际高能物理学界享有了一席之地,许多该学科的毕业生已成为国内外高能物理学界的中坚力量。同时,该学科研究队伍经过不断优化、整合,形成了一支学历、职称及年龄结构均较为合理的,团结合作、学术思想活跃、发展势头强劲的学术队伍。现拥有教职工共211人,其中,正高级研究员66人,其中两院院士6人;突出中青年专家17人。
       本学科在“十一五”期间承担了包括国家自然科学基金、国家重点基础研究计划(“973”计划)、国家高技术研究发展计划(“863”计划)在内的多项国家及省部级科技项目。具有代表性的项目有:北京正负电子对撞机重大改造工程(包括BEPCII和BESIII)、大亚湾反应堆中微子实验、大型强子对撞机LHC实验、中国散裂中子源加速器、先进裂变核能加速器驱动的次临界系统、粒子激发X射线谱仪等等。
        研究成果获国家级、省部级科研、教学成果奖多项,并涌现出以全国及中科院百篇优秀博士论文、中科院院长特别奖等为代表的获奖群体。本学科在国内外期刊发表论文600多篇;出版学术专著、教材11部。
        粒子物理与原子核物理一直处于物质科学的最前沿。本学科依托于国家大科学工程的背景,努力在粒子物理与原子核物理前沿理论的研究和关键技术的预研上作好人才和技术储备,满足国家发展大科学装置的战略需求,其研究方法和实验技术发展在国民经济生活以及在各基础学科研究的许多领域,如原子能、医学、同步辐射、工业探伤、无接触测量、环保、地质探矿、微量分析等都有广泛的应用前景。
        二、学科内涵与特色
        本学科涵盖粒子物理学和原子核物理学。粒子物理学(particlephysics)研究比原子核更深层次的微观世界中物质的结构、性质,和在很高能量下这些物质相互转化及其产生原因和规律的物理学分支,又称高能物理学。在粒子物理学的深层次探索活动中,粒子加速器、探测手段、数据获取和处理以及计算技术的应用不断发展,既带来粒子物理本身的进展,也促进整个科学技术的发展。原子核物理学(nuclearphysics)又称核物理学,是20世纪新建立的一个物理学分支。它研究原子核的结构和变化规律,射线束的产生、探测和分析技术,以及同核能、核技术应用有关的物理问题。
        本学科主要有10个研究方向:
       ★粒子物理实验
        粒子物理实验通常也称为高能物理实验。高事例率、大数据处理和大型仪器设备管理是粒子物理实验的特点。当前,新一代粒子物理实验的三个研究前沿是加速器物理实验的高能量研究、高亮度研究与非加速器物理实验研究。其中高能量研究的物理目标集中在当前最前沿的物理课题,如在LHC实验中寻找弱电统一理论的希格斯(Higgs)粒子等。高亮度物理研究则和更高计数率、高分辨率、高抗辐射强度的探测器研制相结合。非加速器物理实验主要分为地面实验和空间粒子探测实验两个方面。以高能所为主进行的高能物理实验有北京谱仪实验和大亚湾中微子实验。
        ★探测器物理
        主要内容是对粒子与核探测方法的深入研究,是粒子物理、核物理、粒子天体物理等研究的基础。(1)在探测器关键技术方面:主要以积极发展新型粒子探测技术,建设关键的实验手段与平台,发展新型快电子学与微电子技术为主导;(2)在探测器研制方面:优先发展满足更高能量、更高亮度对撞机上的更复杂事例测量的探测器;(3)在电子学方面:优先发展高集成度、快响应电子学、快速大规模数据处理系统、智能和集成度高的VME总线和其他总线、专用集成电路器件(ASIC)、半导体探测器与前级电子学一体化的集成系统等。
        ★高能物理计算
        针对高能物理等一大批实际应用的需求,在借助各种数值计算方法的基础上,结合了高能物理实验和理论物理学的成果,满足科学数据呈数量级增长对计算技术提出的要求,高能所一直开展高性能计算方面的研究与应用,主要的研究内容包括:集群计算、网格计算、志愿计算、海量存储。
        ★宇宙线物理
        宇宙线物理研究主要以具有高海拔特色的西藏羊八井宇宙线观测站为研究目标。其中,(1)探测技术研究包括有性能研究和新技术的研发;(2)在宇宙线实验方面,积极开展新型探测器的研制,将水切仑可夫探测器、极低事例率探测器等作为发展方向;(3)在宇宙线理论研究方面,一方面针对宇宙线实验的强相互作用模型进行研究;另一方面,将宇宙线的起源、加速和传播以及暗物质粒子间接探测方面作为宇宙线理论研究的发展方向。
        ★高能天体物理
        主要特色和优势是实验、观测和理论研究并举而且紧密结合、相互促进。实验研究不仅重视创新和核心技术的研发,并及时针对新的观测结果开展理论模型和计算研究,提出新理论和新思想,并同时利用这些成果为空间天文项目提供科学目标和科学依据,为我国的空间天文发展提供坚实的支撑。如正在开展的多项主要空间高能天体物理实验项目:探月三期粒子激发X射线谱仪,以及我国空间站多个空间高能天文实验和下一代空间天文卫星X射线时变与偏振探测卫星(XTP)的预研等。
       ★核方法及其应用
        核方法是利用粒子与物质的相互作用、辐射效应、核谱学和核效应等基本原理和实验方法,研究物质的原子和分子组成、表面状态和内部结构的一门分支学科。核方法在空间探测、新兴工业技术、环境监控、人民健康、核安全、反恐、反毒和反走私等方面得到广泛的应用。核分析技术与核成像技术是核方法中重要的两个分支。
        ★粒子加速器物理
        高能粒子加速器既是高能物理实验的重要平台,同时作为同步辐射光源、自由电子激光源和散裂中子源,在生命科学,材料科学等应用学科的发展中发挥着越来越重要的作用。高能所加速器物理的主要研究内容包括:完成BEPCII工程建设,并不断改进性能;完成北京散裂中子源关键技术预制研究,实施工程建造;积极参加国际直线对撞机(ILC)及CLIC合作,推动加速器前沿技术--超导高频技术的发展等,同时开展先进激光(束流)等离子体加速物理机制前沿理论的研究。
        ★同步辐射技术方法
        北京同步辐射装置(BSRF)建成于1991年,经过两次升级改造,是目前中国大陆唯一运行的硬X射线同步辐射装置。除了为本国甚至全世界的科学研究提供实验条件,其研究领域涵盖了物理、纳米科学、材料科学、化学化工、生命科学、资源环境、医学等,同时BSRF也开展具有特色的研究工作,如蛋白质晶体学、纳米材料、X射线相位衬度成像等研究。
        ★材料物性研究
        研究各种材料的物理化学性质,材料物性包括几何构型、电子结构、磁学性质,晶格振动和力学响应等方面。高能所目前主要开展碳纳米材料、工业纳米材料、纳米药物,以及重金属的生物效应、毒理学与医学应用的综合研究。
        ★核医学成像技术及应用
        高能所在核医学成像方面的研究主要包括4个方面:核医学成像设备的研制、成像参数与成像条件的优化研究、核医学图像的数据处理方法研究和核医学成像在生物医学中的应用研究。
        三、培养对象与目标
        主要培养学术型博士和硕士研究生。
        硕士学位获得者应具有比较扎实的粒子物理与原子核物理的理论基础和专门知识,具有初步独立从事科学研究、教学工作以及科技开发的能力。
        博士学位获得者应具有粒子物理与原子核物理专业坚实宽广的基础理论和系统深入的专门知识,具有独立从事科学研究,教学工作以及专门技术工作的能力。