國科發(fā)資〔2017〕298號附件5

 

 

“大科學裝置前沿研究”重點專項

2018年度項目咨詢指南

 

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

大科學裝置前沿研究重點專項主要支持基于我國在物質結構研究領域具有國際競爭力的兩類大科學裝置的前沿研究，一是粒子物理、核物理、聚變物理和天文學等領域的專用大科學裝置，支持開展探索物質世界的結構及其相互作用規(guī)律等的重大前沿研究；二是為多學科交叉前沿的物質結構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、大型風洞等，支持先進實驗技術和實驗方法的研究和實現(xiàn)，提升其對相關領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：1. 強相互作用性質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的研究；4. 暗物質直接探測；5. 新一代粒子加速器和探測器關鍵技術和方法的預先研究；6. 原子核結構和性質以及高電荷態(tài)離子非平衡動力學研究；7. 受控磁約束核聚變穩(wěn)態(tài)燃燒；8. 星系組分、結構和物質循環(huán)的光學-紅外觀測研究；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. 多學科應用平臺型裝置上先進實驗技術和實驗方法研究；14. 下一代先進光源核心關鍵技術預研究。

2016和2017年，大科學裝置前沿研究重點專項圍繞以上14個方面研究任務，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”期間有關部署，2018年將圍繞粒子物理等領域的專用大科學裝置和多學科平臺型大科學裝置繼續(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果相近，技術路線明顯不同，可同時支持2項，并建立動態(tài)調整機制，根據(jù)中期評估結果，再擇優(yōu)繼續(xù)支持。國撥總經(jīng)費3.14億元。

按照《國務院關于國家重大科研基礎設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裝置開展科學研究，要求每個項目的參加人員65%以上是所依托大科學裝置管理單位以外的人員。

申報單位根據(jù)指南支持方向，面向解決重大科學問題和突破關鍵技術進行一體化設計。鼓勵圍繞一個重大科學問題或重要應用目標，從基礎研究到應用研究全鏈條組織項目。鼓勵依托國家重點實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(zhí)行期一般為5年。一般項目下設課題數(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。本專項不設青年科學家項目。

1. Higgs粒子的特性研究和超出標準模型新物質尋找

1.1 CMS實驗Run-2數(shù)據(jù)的物理研究

研究內容：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；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言相符合。

1.2 Atlas實驗Run-2數(shù)據(jù)物理分析

研究內容：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，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；**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的研究

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

2.1中微子實驗物理研究

研究內容：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；完成江門中微子實驗超新星中微子和地球中微子，以及質量順序靈敏度研究。

2.2大面積宇宙線觀測及宇宙線本質研究

研究內容：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)內點源及彌散伽馬射線的能譜，發(fā)現(xiàn)數(shù)百個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，及暗物質粒子的間接探測和其他新物理學規(guī)律研究取得重要進展。

3. 新一代粒子加速器和探測器關鍵技術預研

3.1高能環(huán)形正負電子對撞機關鍵技術驗證

研究內容：正負電子對撞機加速器關鍵技術和高分辨探測技術的樣機驗證。

考核指標：高能環(huán)形正負電子加速器關鍵技術驗證。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驗證。完成內層硅徑跡探測器原型機，通過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鍵問題，進行束流實驗驗證主要設計結論。

4. 原子核結構和性質以及高電荷態(tài)離子非平衡動力學研究

4.1高精度核物理實驗研究

研究內容：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量為重點，并利用衰變譜學、在束譜學以及核反應實驗方法研究弱束縛核結構和動力學。

考核指標：發(fā)展高精度、高靈敏度實驗技術和方法，在國際上率先建立基于雙TOF探測器的等時性原子核質量測量譜儀，原子核質量測量精度達到~10^-7。在實驗研究方面，發(fā)現(xiàn)2-3個新的暈結構或集團奇特結構；研究2-3個弱束縛核反應系統(tǒng)動力學；在輕質量豐中子區(qū)，研究原子核殼層結構的演變；在質子滴線區(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的理論。

5. 星系組分、結構和物質循環(huán)的光學-紅外觀測研究

5.1星系結構、演化與宇宙學研究

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

考核指標：建立數(shù)目超過一萬個的近鄰星系對樣本，重構600Mpc內的近鄰宇宙密度場；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-動力學模型；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、中微子的宇宙學效應、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）的宇宙學模擬，獲得對暗物質和暗能量屬性以及修正引力理論的新限制，為新一代大科學裝置研發(fā)提供科學支撐。

6. 脈沖星、中性氫和恒星形成研究

6.1 SKA數(shù)據(jù)處理和相關科學

研究內容：緊密圍繞國際大科學工程SKA，以實現(xiàn)宇宙再電離成像觀測為首要科學目標，研究大視場高動態(tài)強前景的低頻射電干涉成像技術。

考核指標：立足21CMA并與WMA合作，建設簡易驗證SKA1-low系統(tǒng)，掌握多波束數(shù)字合成技術和高動態(tài)的大視場成像技術；獲得半徑為10度的深度低頻圖像，掌握前景去除技術，預選并主導未來SKA1-low宇宙再電離成像觀測天區(qū)；擬定中國 SKA 科學方案，參與 SKA 早期科學準備；完成SKA區(qū)域數(shù)據(jù)中心設計和原型建設。

6.2射電技術方法前沿研究

研究內容：立足南*五米太赫茲望遠鏡、FAST望遠鏡等大科學裝置，探索和發(fā)展*前沿的射電天線、信號接收及處理技術與方法。

考核指標：建立針對大型及高精度天線的設計、制造及測量關鍵技術與方法；確定影響射電天文接收機關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測設備相關原理芯片或系統(tǒng)的研制。太赫茲超導探測器及接收機性能達到或優(yōu)于國際同類探測器水平；建立針對相位陣饋源及多波束接收機的關鍵技術與方法；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鍵技術與方法。

7 高溫高壓高密度*端物理研究

7.1*強光場條件下QED效應研究

研究內容：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（QED）效應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，功率大于5拍瓦、強度達到5×10²¹W/cm²；發(fā)展描述*強光場與物質相互作用中QED效應的物理模型，完成相應的數(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；設計實驗方案，實現(xiàn)具有顯著QED效應的*端強場與物質相互作用的實驗室模擬。

附件：
1.“大科學裝置前沿研究”指南編制專家名單

2.“大科學裝置前沿研究”形式審查條件要求

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