國科發(fā)資〔2017〕298號附件5

 

 

“大科學(xué)裝置前沿研究”重點專項

2018年度項目咨詢指南

 

大科學(xué)裝置為探索未知世界、發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律、實現(xiàn)技術(shù)變革提供*限研究手段，是科學(xué)突破的重要保障。設(shè)立“大科學(xué)裝置前沿研究”重點專項的目的是支持廣大科研人員依托大科學(xué)裝置開展科學(xué)前沿研究。為充分發(fā)揮我國大科學(xué)裝置的優(yōu)勢，促進重大成果產(chǎn)出，科技部會同教育部、中國科學(xué)院等部門組織專家編制了大科學(xué)裝置前沿研究重點專項實施方案。

大科學(xué)裝置前沿研究重點專項主要支持基于我國在物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域具有國際競爭力的兩類大科學(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)域的專用大科學(xué)裝置，支持開展探索物質(zhì)世界的結(jié)構(gòu)及其相互作用規(guī)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(jié)構(gòu)研究提供先進研究手段的平臺型裝置，如先進光源、先進中子源、強磁場裝置、強激光裝置、大型風(fēng)洞等，支持先進實驗技術(shù)和實驗方法的研究和實現(xiàn)，提升其對相關(guān)領(lǐng)域前沿研究的支撐能力。

專項實施方案部署14個方面的研究任務(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(yù)先研究；6. 原子核結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以及高電荷態(tài)離子非平衡動力學(xué)研究；7. 受控磁約束核聚變穩(wěn)態(tài)燃燒；8. 星系組分、結(jié)構(gòu)和物質(zhì)循環(huán)的光學(xué)-紅外觀測研究；9. 脈沖星、中性氫和恒星形成研究；10. 復(fù)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(fù)雜湍流機理研究；13. 多學(xué)科應(yīng)用平臺型裝置上先進實驗技術(shù)和實驗方法研究；14. 下一代先進光源核心關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研究。

2016和2017年，大科學(xué)裝置前沿研究重點專項圍繞以上14個方面研究任務(wù)，共立項支持了37個研究項目。根據(jù)專項實施方案和“十三五”期間有關(guān)部署，2018年將圍繞粒子物理等領(lǐng)域的專用大科學(xué)裝置和多學(xué)科平臺型大科學(xué)裝置繼續(xù)部署項目，擬優(yōu)先支持10個研究方向，同一指南方向下，原則上只支持1項，僅在申報項目評審結(jié)果相近，技術(shù)路線明顯不同，可同時支持2項，并建立動態(tài)調(diào)整機制，根據(jù)中期評估結(jié)果，再擇優(yōu)繼續(xù)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(chǔ)設(shè)施和大型科研儀器向社會開放的意見》（國發(fā)〔2014〕70號）精神，鼓勵高校、科研院所、企業(yè)、社會研發(fā)組織等社會用戶利用開放的大科學(xué)裝置開展科學(xué)研究，要求每個項目的參加人員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(jù)指南支持方向，面向解決重大科學(xué)問題和突破關(guān)鍵技術(shù)進行一體化設(shè)計。鼓勵圍繞一個重大科學(xué)問題或重要應(yīng)用目標，從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用研究全鏈條組織項目。鼓勵依托國家重點實驗室等重要科研基地組織項目。項目應(yīng)整體申報，須覆蓋相應(yīng)指南方向的全部考核指標。

項目執(zhí)行期一般為5年。一般項目下設(shè)課題數(shù)原則上不超過4個，每個項目所含單位數(shù)控制在6個以內(nèi)。本專項不設(shè)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實驗Run-2數(shù)據(jù)的物理研究

研究內(nèi)容：利用CMS實驗獲取的Run-2數(shù)據(jù)進行物理分析研究，研究希格斯粒子的性質(zhì)；尋找超越標準模型的新物理現(xiàn)象。

考核指標：測量希格斯粒子的質(zhì)量，精度比Run-1結(jié)果提高20%，測量希格斯到4輕子截面的精度提高1倍，觀測ttH過程顯示度達到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)，如果沒有找到新粒子，則新粒子產(chǎn)生截面的上限有顯著下降，在1TeV，窄寬度假設(shè)下，新粒子產(chǎn)生截面的上限下降1倍。觀測標準模型稀有過程電弱規(guī)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(yù)言相符合。

1.2 Atlas實驗Run-2數(shù)據(jù)物理分析

研究內(nèi)容：利用ATLAS實驗獲取的Run-2數(shù)據(jù)進行物理分析研究，測量希格斯粒子的性質(zhì)，尋找超出標準模型的新物理現(xiàn)象。

考核指標：對希格斯粒子性質(zhì)的測量，統(tǒng)計誤差為主的情況下的測量精度比Run-1數(shù)據(jù)提高2-3倍，系統(tǒng)誤差為主的測量著重研究改進系統(tǒng)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(qū)對標準模型過程進行精確檢驗，特別是完成WW和ZZ散射過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(shù)據(jù)的顯著提高，從實驗上進一步排除或觀測到這些粒子產(chǎn)生的跡象。

2. 中微子屬性和宇宙線本質(zhì)的研究

依托大亞灣中微子實驗設(shè)施和高海拔宇宙線觀測設(shè)施、開展中微子屬性和宇宙線本質(zhì)前沿科學(xué)問題的研究。

2.1中微子實驗物理研究

研究內(nèi)容：利用大亞灣實驗裝置進行中微子theta13參數(shù)測量和新物理尋找；中微子振蕩的全局分析；針對江門中微子實驗的超新星中微子、地球中微子研究，中微子質(zhì)量順序研究。

考核指標：將大亞灣實驗對theta13的測量精度提高到3%；利用大亞灣數(shù)據(jù)完成惰性中微子等一系列新物理尋找工作；建立中微子實驗數(shù)據(jù)全局分析技術(shù)；完成江門中微子實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大面積宇宙線觀測及宇宙線本質(zhì)研究

研究內(nèi)容：依托高海拔宇宙線觀測站精確測量銀河宇宙線的成份、能譜及各向異性，觀測銀河系內(nèi)外高能伽馬射線發(fā)射源，探測太陽高能宇宙線粒子。

考核指標：獲得跨越30 TeV到3 EeV共5個量級的宇宙線分成份能譜和各向異性數(shù)據(jù)，300 GeV-1 PeV寬廣能區(qū)內(nèi)點源及彌散伽馬射線的能譜，發(fā)現(xiàn)數(shù)百個河內(nèi)外新伽馬源和高能粒子的加速源；對銀河系內(nèi)外宇宙線的起源、加速和傳播，黑洞、中子星等致密天體高能物理過程的研究，及暗物質(zhì)粒子的間接探測和其他新物理學(xué)規(guī)律研究取得重要進展。

3. 新一代粒子加速器和探測器關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研

3.1高能環(huán)形正負電子對撞機關(guān)鍵技術(shù)驗證

研究內(nèi)容：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*低場磁鐵的樣機，磁場范圍為31-620Gs，場均勻性要求5×10^-4；完成彎轉(zhuǎn)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，*大場強為2MV/m，場均勻性為（1‰）10×10mm²；完成在Z能區(qū)*化束對撞的設(shè)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(dǎo)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(nèi)層硅徑跡探測器原型機，通過束流試驗驗證主要設(shè)計指標，空間分辨3-5μm；設(shè)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)鍵問題，進行束流實驗驗證主要設(shè)計結(jié)論。

4. 原子核結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以及高電荷態(tài)離子非平衡動力學(xué)研究

4.1高精度核物理實驗研究

研究內(nèi)容：產(chǎn)生遠離穩(wěn)定線原子核，以精確系統(tǒng)測量短壽命原子核質(zhì)量為重點，并利用衰變譜學(xué)、在束譜學(xué)以及核反應(yīng)實驗方法研究弱束縛核結(jié)構(gòu)和動力學(xué)。

考核指標：發(fā)展高精度、高靈敏度實驗技術(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。在實驗研究方面，發(fā)現(xiàn)2-3個新的暈結(jié)構(gòu)或集團奇特結(jié)構(gòu)；研究2-3個弱束縛核反應(yīng)系統(tǒng)動力學(xué)；在輕質(zhì)量豐中子區(qū)，研究原子核殼層結(jié)構(gòu)的演變；在質(zhì)子滴線區(qū)，研究同位旋對稱性；合成3-5個*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(nèi)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(jié)構(gòu)和物質(zhì)循環(huán)的光學(xué)-紅外觀測研究

5.1星系結(jié)構(gòu)、演化與宇宙學(xué)研究

研究內(nèi)容：依托LAMOST大規(guī)模光譜巡天觀測，結(jié)合國際大型星系巡天計劃和宇宙學(xué)與星系形成數(shù)值模擬，研究星系的結(jié)構(gòu)、形成、演化和宇宙物質(zhì)的構(gòu)成及宇宙尺度廣義相對論檢驗等重大科學(xué)問題。

考核指標：建立數(shù)目超過一萬個的近鄰星系對樣本，重構(gòu)600Mpc內(nèi)的近鄰宇宙密度場；利用積分場數(shù)據(jù)測量近萬個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)-動力學(xué)模型；發(fā)展測量星系形狀的方法，使測量的系統(tǒng)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；開展宇宙再電離、中微子的宇宙學(xué)效應(yīng)、修正引力理論等新型高精度（尺度超過2Gpc，粒子數(shù)超過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(shù)據(jù)處理和相關(guān)科學(xué)

研究內(nèi)容：緊密圍繞國際大科學(xué)工程SKA，以實現(xiàn)宇宙再電離成像觀測為首要科學(xué)目標，研究大視場高動態(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(shè)簡易驗證SKA1-low系統(tǒng)，掌握多波束數(shù)字合成技術(shù)和高動態(tài)的大視場成像技術(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(yù)選并主導(dǎo)未來SKA1-low宇宙再電離成像觀測天區(qū)；擬定中國 SKA 科學(xué)方案，參與 SKA 早期科學(xué)準備；完成SKA區(qū)域數(shù)據(jù)中心設(shè)計和原型建設(shè)。

6.2射電技術(shù)方法前沿研究

研究內(nèi)容：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、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的設(shè)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(chǔ)；完成下一代太赫茲觀測設(shè)備相關(guān)原理芯片或系統(tǒng)的研制。太赫茲超導(dǎo)探測器及接收機性能達到或優(yōu)于國際同類探測器水平；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*強光場條件下QED效應(yīng)研究

研究內(nèi)容：依托現(xiàn)有數(shù)拍瓦飛秒激光裝置，開展*強光場條件下量子電動力學(xué)（QED）效應(yīng)的理論研究和實驗探索。

考核指標：提升現(xiàn)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*強光場與物質(zhì)相互作用中QED效應(yīng)的物理模型，完成相應(yīng)的數(shù)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(guī)律；設(shè)計實驗方案，實現(xiàn)具有顯著QED效應(yīng)的*端強場與物質(zhì)相互作用的實驗室模擬。

附件：
1.“大科學(xué)裝置前沿研究”指南編制專家名單

2.“大科學(xué)裝置前沿研究”形式審查條件要求

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