國科發(fā)資〔2017〕298號附件5

 

 

“大科學(xué)裝置前沿研究”重點(diǎn)專(zhuān)項

2018年度項目咨詢(xún)指南

 

大科學(xué)裝置為探索未知世界、發(fā)現自然規律、實(shí)現技術(shù)變革提供*限研究手段，是科學(xué)突破的重要保障。設立“大科學(xué)裝置前沿研究”重點(diǎn)專(zhuān)項的目的是支持廣大科研人員依托大科學(xué)裝置開(kāi)展科學(xué)前沿研究。為充分發(fā)揮我國大科學(xué)裝置的優(yōu)勢，促進(jìn)重大成果產(chǎn)出，科技部會(huì )同教育部、中國科學(xué)院等部門(mén)組織專(zhuān)家編制了大科學(xué)裝置前沿研究重點(diǎn)專(zhuān)項實(shí)施方案。

大科學(xué)裝置前沿研究重點(diǎn)專(zhuān)項主要支持基于我國在物質(zhì)結構研究領(lǐng)域具有國際競爭力的兩類(lèi)大科學(xué)裝置的前沿研究，一是粒子物理、核物理、聚變物理和天文學(xué)等領(lǐng)域的專(zhuān)用大科學(xué)裝置，支持開(kāi)展探索物質(zhì)世界的結構及其相互作用規律等的重大前沿研究；二是為多學(xué)科交叉前沿的物質(zhì)結構研究提供先進(jìn)研究手段的平臺型裝置，如先進(jìn)光源、先進(jìn)中子源、強磁場(chǎng)裝置、強激光裝置、大型風(fēng)洞等，支持先進(jìn)實(shí)驗技術(shù)和實(shí)驗方法的研究和實(shí)現，提升其對相關(guān)領(lǐng)域前沿研究的支撐能力。

專(zhuān)項實(shí)施方案部署14個(gè)方面的研究任務(wù)：1. 強相互作用性質(zhì)研究及奇異粒子的尋找；2. Higgs 粒子的特性研究和超出標準模型新物理尋找；3. 中微子屬性和宇宙線(xiàn)本質(zhì)的研究；4. 暗物質(zhì)直接探測；5. 新一代粒子加速器和探測器關(guān)鍵技術(shù)和方法的預先研究；6. 原子核結構和性質(zhì)以及高電荷態(tài)離子非平衡動(dòng)力學(xué)研究；7. 受控磁約束核聚變穩態(tài)燃燒；8. 星系組分、結構和物質(zhì)循環(huán)的光學(xué)-紅外觀(guān)測研究；9. 脈沖星、中性氫和恒星形成研究；10. 復雜體系的多自由度及多尺度綜合研究；11. 高溫高壓高密度*端物理研究；12. 復雜湍流機理研究；13. 多學(xué)科應用平臺型裝置上先進(jìn)實(shí)驗技術(shù)和實(shí)驗方法研究；14. 下一代先進(jìn)光源核心關(guān)鍵技術(shù)預研究。

2016和2017年，大科學(xué)裝置前沿研究重點(diǎn)專(zhuān)項圍繞以上14個(gè)方面研究任務(wù)，共立項支持了37個(gè)研究項目。根據專(zhuān)項實(shí)施方案和“十三五”期間有關(guān)部署，2018年將圍繞粒子物理等領(lǐng)域的專(zhuān)用大科學(xué)裝置和多學(xué)科平臺型大科學(xué)裝置繼續部署項目，擬優(yōu)先支持10個(gè)研究方向，同一指南方向下，原則上只支持1項，僅在申報項目評審結果相近，技術(shù)路線(xiàn)明顯不同，可同時(shí)支持2項，并建立動(dòng)態(tài)調整機制，根據中期評估結果，再擇優(yōu)繼續支持。國撥總經(jīng)費3.14億元。

按照《國務(wù)院關(guān)于國家重大科研基礎設施和大型科研儀器向社會(huì )開(kāi)放的意見(jiàn)》（國發(fā)〔2014〕70號）精神，鼓勵高校、科研院所、企業(yè)、社會(huì )研發(fā)組織等社會(huì )用戶(hù)利用開(kāi)放的大科學(xué)裝置開(kāi)展科學(xué)研究，要求每個(gè)項目的參加人員65%以上是所依托大科學(xué)裝置管理單位以外的人員。

申報單位根據指南支持方向，面向解決重大科學(xué)問(wèn)題和突破關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行一體化設計。鼓勵圍繞一個(gè)重大科學(xué)問(wèn)題或重要應用目標，從基礎研究到應用研究全鏈條組織項目。鼓勵依托國家重點(diǎn)實(shí)驗室等重要科研基地組織項目。項目應整體申報，須覆蓋相應指南方向的全部考核指標。

項目執行期一般為5年。一般項目下設課題數原則上不超過(guò)4個(gè)，每個(gè)項目所含單位數控制在6個(gè)以?xún)取１緦?zhuān)項不設青年科學(xué)家項目。

1. Higgs粒子的特性研究和超出標準模型新物質(zhì)尋找

1.1 CMS實(shí)驗Run-2數據的物理研究

研究?jì)热荩?/span>利用CMS實(shí)驗獲取的Run-2數據進(jìn)行物理分析研究，研究希格斯粒子的性質(zhì)；尋找超越標準模型的新物理現象。

考核指標：測量希格斯粒子的質(zhì)量，精度比Run-1結果提高20%，測量希格斯到4輕子截面的精度提高1倍，觀(guān)測ttH過(guò)程顯示度達到5倍標準差，檢驗希格斯與top夸克的耦合是否與標準模型相符合。尋找ZZ和WW新的共振態(tài)，如果沒(méi)有找到新粒子，則新粒子產(chǎn)生截面的上限有顯著(zhù)下降，在1TeV，窄寬度假設下，新粒子產(chǎn)生截面的上限下降1倍。觀(guān)測標準模型稀有過(guò)程電弱規范玻色子加光子加噴注末態(tài)的顯示度達到5倍標準差，檢驗其產(chǎn)生截面是否與標準模型預言相符合。

1.2 Atlas實(shí)驗Run-2數據物理分析

研究?jì)热荩?/span>利用ATLAS實(shí)驗獲取的Run-2數據進(jìn)行物理分析研究，測量希格斯粒子的性質(zhì)，尋找超出標準模型的新物理現象。

考核指標：對希格斯粒子性質(zhì)的測量，統計誤差為主的情況下的測量精度比Run-1數據提高2-3倍，系統誤差為主的測量著(zhù)重研究改進(jìn)系統誤差的方法；**確定希格斯粒子的費米子衰變模式并測量其耦合性質(zhì)；**在LHC 13TeV能區對標準模型過(guò)程進(jìn)行精確檢驗，特別是完成WW和ZZ散射過(guò)程的尋找和測量研究；對SUSY、W’/Z’，重希格斯粒子等超出標準模型新粒子的尋找，可以利用這些分析的敏感度在Run-2數據的顯著(zhù)提高，從實(shí)驗上進(jìn)一步排除或觀(guān)測到這些粒子產(chǎn)生的跡象。

2. 中微子屬性和宇宙線(xiàn)本質(zhì)的研究

依托大亞灣中微子實(shí)驗設施和高海拔宇宙線(xiàn)觀(guān)測設施、開(kāi)展中微子屬性和宇宙線(xiàn)本質(zhì)前沿科學(xué)問(wèn)題的研究。

2.1中微子實(shí)驗物理研究

研究?jì)热荩?/span>利用大亞灣實(shí)驗裝置進(jìn)行中微子theta13參數測量和新物理尋找；中微子振蕩的全局分析；針對江門(mén)中微子實(shí)驗的超新星中微子、地球中微子研究，中微子質(zhì)量順序研究。

考核指標：將大亞灣實(shí)驗對theta13的測量精度提高到3%；利用大亞灣數據完成惰性中微子等一系列新物理尋找工作；建立中微子實(shí)驗數據全局分析技術(shù)；完成江門(mén)中微子實(shí)驗超新星中微子和地球中微子，以及質(zhì)量順序靈敏度研究。

2.2大面積宇宙線(xiàn)觀(guān)測及宇宙線(xiàn)本質(zhì)研究

研究?jì)热荩?/span>依托高海拔宇宙線(xiàn)觀(guān)測站精確測量銀河宇宙線(xiàn)的成份、能譜及各向異性，觀(guān)測銀河系內外高能伽馬射線(xiàn)發(fā)射源，探測太陽(yáng)高能宇宙線(xiàn)粒子。

考核指標：獲得跨越30 TeV到3 EeV共5個(gè)量級的宇宙線(xiàn)分成份能譜和各向異性數據，300 GeV-1 PeV寬廣能區內點(diǎn)源及彌散伽馬射線(xiàn)的能譜，發(fā)現數百個(gè)河內外新伽馬源和高能粒子的加速源；對銀河系內外宇宙線(xiàn)的起源、加速和傳播，黑洞、中子星等致密天體高能物理過(guò)程的研究，及暗物質(zhì)粒子的間接探測和其他新物理學(xué)規律研究取得重要進(jìn)展。

3. 新一代粒子加速器和探測器關(guān)鍵技術(shù)預研

3.1高能環(huán)形正負電子對撞機關(guān)鍵技術(shù)驗證

研究?jì)热荩?/span>正負電子對撞機加速器關(guān)鍵技術(shù)和高分辨探測技術(shù)的樣機驗證。

考核指標：高能環(huán)形正負電子加速器關(guān)鍵技術(shù)驗證。完成增強器交變二*低場(chǎng)磁鐵的樣機，磁場(chǎng)范圍為31-620Gs，場(chǎng)均勻性要求5×10^-4；完成彎轉真空盒和RF屏蔽波紋管的樣機，總漏率小于2×10^-10Torr•L/s；完成正負電子束靜電分離器的樣機，*大場(chǎng)強為2MV/m，場(chǎng)均勻性為（1‰）10×10mm²；完成在Z能區*化束對撞的設計，束流*化度大于50%，壽命大于60分鐘；完成*化束核心器件螺旋式超導波蕩器樣機。

高能量加速器上高分辨探測技術(shù)驗證。完成內層硅徑跡探測器原型機，通過(guò)束流試驗驗證主要設計指標，空間分辨3-5μm；設計總電離劑量為1MRad的硅探測器；完成高顆粒度成像型強子量能器原理樣機，解決工藝和測試等關(guān)鍵問(wèn)題，進(jìn)行束流實(shí)驗驗證主要設計結論。

4. 原子核結構和性質(zhì)以及高電荷態(tài)離子非平衡動(dòng)力學(xué)研究

4.1高精度核物理實(shí)驗研究

研究?jì)热荩?/span>產(chǎn)生遠離穩定線(xiàn)原子核，以精確系統測量短壽命原子核質(zhì)量為重點(diǎn)，并利用衰變譜學(xué)、在束譜學(xué)以及核反應實(shí)驗方法研究弱束縛核結構和動(dòng)力學(xué)。

考核指標：發(fā)展高精度、高靈敏度實(shí)驗技術(shù)和方法，在國際上率先建立基于雙TOF探測器的等時(shí)性原子核質(zhì)量測量譜儀，原子核質(zhì)量測量精度達到~10^-7。在實(shí)驗研究方面，發(fā)現2-3個(gè)新的暈結構或集團奇特結構；研究2-3個(gè)弱束縛核反應系統動(dòng)力學(xué)；在輕質(zhì)量豐中子區，研究原子核殼層結構的演變；在質(zhì)子滴線(xiàn)區，研究同位旋對稱(chēng)性；合成3-5個(gè)*端缺中子新核素，探索重核素存在的*限；探索產(chǎn)生、分離、鑒別豐中子重核素和超重核素的技術(shù)和方法。與理論工作者合作，給出具體作用條件下原子核內有效相互作用的新形式，發(fā)展和完善描述弱束縛核性質(zhì)的理論。

5. 星系組分、結構和物質(zhì)循環(huán)的光學(xué)-紅外觀(guān)測研究

5.1星系結構、演化與宇宙學(xué)研究

研究?jì)热荩?/span>依托LAMOST大規模光譜巡天觀(guān)測，結合國際大型星系巡天計劃和宇宙學(xué)與星系形成數值模擬，研究星系的結構、形成、演化和宇宙物質(zhì)的構成及宇宙尺度廣義相對論檢驗等重大科學(xué)問(wèn)題。

考核指標：建立數目超過(guò)一萬(wàn)個(gè)的近鄰星系對樣本，重構600Mpc內的近鄰宇宙密度場(chǎng)；利用積分場(chǎng)數據測量近萬(wàn)個(gè)星系恒星形成歷史信息，明確星系各組分及其空間分布，建立星系化學(xué)-動(dòng)力學(xué)模型；發(fā)展測量星系形狀的方法，使測量的系統誤差小于弱引力透鏡信號的百分之一；發(fā)展測量紅移畸變的理論和方法，以高精度測量紅移1以上的重子聲波振蕩及k≤0.2h/Mpc的紅移畸變信號；開(kāi)展宇宙再電離、中微子的宇宙學(xué)效應、修正引力理論等新型高精度（尺度超過(guò)2Gpc，粒子數超過(guò)1000億）的宇宙學(xué)模擬，獲得對暗物質(zhì)和暗能量屬性以及修正引力理論的新限制，為新一代大科學(xué)裝置研發(fā)提供科學(xué)支撐。

6. 脈沖星、中性氫和恒星形成研究

6.1 SKA數據處理和相關(guān)科學(xué)

研究?jì)热荩?/span>緊密?chē)@國際大科學(xué)工程SKA，以實(shí)現宇宙再電離成像觀(guān)測為首要科學(xué)目標，研究大視場(chǎng)高動(dòng)態(tài)強前景的低頻射電干涉成像技術(shù)。

考核指標：立足21CMA并與WMA合作，建設簡(jiǎn)易驗證SKA1-low系統，掌握多波束數字合成技術(shù)和高動(dòng)態(tài)的大視場(chǎng)成像技術(shù)；獲得半徑為10度的深度低頻圖像，掌握前景去除技術(shù)，預選并主導未來(lái)SKA1-low宇宙再電離成像觀(guān)測天區；擬定中國 SKA 科學(xué)方案，參與 SKA 早期科學(xué)準備；完成SKA區域數據中心設計和原型建設。

6.2射電技術(shù)方法前沿研究

研究?jì)热荩?/span>立足南*五米太赫茲望遠鏡、FAST望遠鏡等大科學(xué)裝置，探索和發(fā)展*前沿的射電天線(xiàn)、信號接收及處理技術(shù)與方法。

考核指標：建立針對大型及高精度天線(xiàn)的設計、制造及測量關(guān)鍵技術(shù)與方法；確定影響射電天文接收機關(guān)鍵部件帶寬與靈敏度的物理機制，為研制倍頻程以上超寬帶、接近量子*限高靈敏度射電天文接收機提供理論基礎；完成下一代太赫茲觀(guān)測設備相關(guān)原理芯片或系統的研制。太赫茲超導探測器及接收機性能達到或優(yōu)于國際同類(lèi)探測器水平；建立針對相位陣饋源及多波束接收機的關(guān)鍵技術(shù)與方法；建立針對超寬帶（>5GHz）、高時(shí)間分辨率（亞毫秒量級）、高頻譜分辨率（~50kHz）的射電天文信號處理關(guān)鍵技術(shù)與方法。

7 高溫高壓高密度*端物理研究

7.1*強光場(chǎng)條件下QED效應研究

研究?jì)热荩?/span>依托現有數拍瓦飛秒激光裝置，開(kāi)展*強光場(chǎng)條件下量子電動(dòng)力學(xué)（QED）效應的理論研究和實(shí)驗探索。

考核指標：提升現有裝置的激光強度及激光束品質(zhì)，功率大于5拍瓦、強度達到5×10²¹W/cm²；發(fā)展描述*強光場(chǎng)與物質(zhì)相互作用中QED效應的物理模型，完成相應的數值模擬程序研制，獲得輻射反作用、伽馬光子發(fā)射以及正負電子對產(chǎn)生等物理規律；設計實(shí)驗方案，實(shí)現具有顯著(zhù)QED效應的*端強場(chǎng)與物質(zhì)相互作用的實(shí)驗室模擬。

附件：
1.“大科學(xué)裝置前沿研究”指南編制專(zhuān)家名單

2.“大科學(xué)裝置前沿研究”形式審查條件要求

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