國科發(fā)資〔2017〕298號(hào)附件5

 

 

“大科學(xué)裝置前沿研究”重點(diǎn)專項(xiàng)

2018年度項(xiàng)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(shí)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(diǎn)專項(xiàng)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(shì)，促進(jìn)重大成果產(chǎn)出，科技部會(huì)同教育部、中國科學(xué)院等部門組織專家編制了大科學(xué)裝置前沿研究重點(diǎn)專項(xiàng)實(shí)施方案。

大科學(xué)裝置前沿研究重點(diǎn)專項(xiàng)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(jìn)研究手段的平臺(tái)型裝置，如先進(jìn)光源、先進(jìn)中子源、強(qiáng)磁場裝置、強(qiáng)激光裝置、大型風(fēng)洞等，支持先進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法的研究和實(shí)現(xiàn)，提升其對(duì)相關(guān)領(lǐng)域前沿研究的支撐能力。

專項(xiàng)實(shí)施方案部署14個(gè)方面的研究任務(wù)：1. 強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)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(cè)；5. 新一代粒子加速器和探測(cè)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(dòng)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(cè)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(jī)理研究；13. 多學(xué)科應(yīng)用平臺(tái)型裝置上先進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法研究；14. 下一代先進(jìn)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(diǎn)專項(xiàng)圍繞以上14個(gè)方面研究任務(wù)，共立項(xiàng)支持了37個(gè)研究項(xiàng)目。根據(jù)專項(xiàng)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)域的專用大科學(xué)裝置和多學(xué)科平臺(tái)型大科學(xué)裝置繼續(xù)部署項(xiàng)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(xiàng)，僅在申報(bào)項(xiàng)目評(píng)審結(jié)果相近，技術(shù)路線明顯不同，可同時(shí)支持2項(xiàng)，并建立動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制，根據(jù)中期評(píng)估結(jié)果，再擇優(yōu)繼續(xù)支持。國撥總經(jīng)費(fèi)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(huì)開放的意見》（國發(fā)〔2014〕70號(hào)）精神，鼓勵(lì)高校、科研院所、企業(yè)、社會(huì)研發(fā)組織等社會(huì)用戶利用開放的大科學(xué)裝置開展科學(xué)研究，要求每個(gè)項(xiàng)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(bào)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(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。鼓勵(lì)圍繞一個(gè)重大科學(xué)問題或重要應(yīng)用目標(biāo)，從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用研究全鏈條組織項(xiàng)目。鼓勵(lì)依托國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等重要科研基地組織項(xiàng)目。項(xiàng)目應(yīng)整體申報(bào)，須覆蓋相應(yīng)指南方向的全部考核指標(biāo)。

項(xiàng)目執(zhí)行期一般為5年。一般項(xiàng)目下設(shè)課題數(shù)原則上不超過4個(gè)，每個(gè)項(xiàng)目所含單位數(shù)控制在6個(gè)以內(nèi)。本專項(xiàng)不設(shè)青年科學(xué)家項(xiàng)目。

1. Higgs粒子的特性研究和超出標(biāo)準(zhǔn)模型新物質(zhì)尋找

1.1 CMS實(shí)驗(yàn)Run-2數(shù)據(jù)的物理研究

研究內(nèi)容：利用CMS實(shí)驗(yàn)獲取的Run-2數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)模型的新物理現(xiàn)象。

考核指標(biāo)：測(cè)量希格斯粒子的質(zhì)量，精度比Run-1結(jié)果提高20%，測(cè)量希格斯到4輕子截面的精度提高1倍，觀測(cè)ttH過程顯示度達(dá)到5倍標(biāo)準(zhǔn)差，檢驗(yàn)希格斯與top夸克的耦合是否與標(biāo)準(zhǔn)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(cè)標(biāo)準(zhǔn)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(dá)到5倍標(biāo)準(zhǔn)差，檢驗(yàn)其產(chǎn)生截面是否與標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言相符合。

1.2 Atlas實(shí)驗(yàn)Run-2數(shù)據(jù)物理分析

研究內(nèi)容：利用ATLAS實(shí)驗(yàn)獲取的Run-2數(shù)據(jù)進(jìn)行物理分析研究，測(cè)量希格斯粒子的性質(zhì)，尋找超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理現(xiàn)象。

考核指標(biāo)：對(duì)希格斯粒子性質(zhì)的測(cè)量，統(tǒng)計(jì)誤差為主的情況下的測(cè)量精度比Run-1數(shù)據(jù)提高2-3倍，系統(tǒng)誤差為主的測(cè)量著重研究改進(jìn)系統(tǒng)誤差的方法；**確定希格斯粒子的費(fèi)米子衰變模式并測(cè)量其耦合性質(zhì)；**在LHC 13TeV能區(qū)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型過程進(jìn)行精確檢驗(yàn)，特別是完成WW和ZZ散射過程的尋找和測(cè)量研究；對(duì)SUSY、W’/Z’，重希格斯粒子等超出標(biāo)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)上進(jìn)一步排除或觀測(cè)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(shí)驗(yàn)設(shè)施和高海拔宇宙線觀測(cè)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(shí)驗(yàn)物理研究

研究內(nèi)容：利用大亞灣實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行中微子theta13參數(shù)測(cè)量和新物理尋找；中微子振蕩的全局分析；針對(duì)江門中微子實(shí)驗(yàn)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(biāo)：將大亞灣實(shí)驗(yàn)對(duì)theta13的測(cè)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)全局分析技術(shù)；完成江門中微子實(shí)驗(yàn)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(cè)及宇宙線本質(zhì)研究

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

考核指標(biāo)：獲得跨越30 TeV到3 EeV共5個(gè)量級(jí)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(diǎn)源及彌散伽馬射線的能譜，發(fā)現(xiàn)數(shù)百個(gè)河內(nèi)外新伽馬源和高能粒子的加速源；對(duì)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(cè)和其他新物理學(xué)規(guī)律研究取得重要進(jìn)展。

3. 新一代粒子加速器和探測(cè)器關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研

3.1高能環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證

研究內(nèi)容：正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)加速器關(guān)鍵技術(shù)和高分辨探測(cè)技術(shù)的樣機(jī)驗(yàn)證。

考核指標(biāo)：高能環(huán)形正負(fù)電子加速器關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證。完成增強(qiáng)器交變二*低場磁鐵的樣機(jī)，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(jī)，總漏率小于2×10^-10Torr•L/s；完成正負(fù)電子束靜電分離器的樣機(jī)，*大場強(qiáng)為2MV/m，場均勻性為（1‰）10×10mm²；完成在Z能區(qū)*化束對(duì)撞的設(shè)計(jì)，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(jī)。

高能量加速器上高分辨探測(cè)技術(shù)驗(yàn)證。完成內(nèi)層硅徑跡探測(cè)器原型機(jī)，通過束流試驗(yàn)驗(yàn)證主要設(shè)計(jì)指標(biāo)，空間分辨3-5μm；設(shè)計(jì)總電離劑量為1MRad的硅探測(cè)器；完成高顆粒度成像型強(qiáng)子量能器原理樣機(jī)，解決工藝和測(cè)試等關(guān)鍵問題，進(jìn)行束流實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證主要設(shè)計(jì)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(dòng)力學(xué)研究

4.1高精度核物理實(shí)驗(yàn)研究

研究內(nèi)容：產(chǎn)生遠(yuǎn)離穩(wěn)定線原子核，以精確系統(tǒng)測(cè)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(yīng)實(shí)驗(yàn)方法研究弱束縛核結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)。

考核指標(biāo)：發(fā)展高精度、高靈敏度實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法，在國際上率先建立基于雙TOF探測(cè)器的等時(shí)性原子核質(zhì)量測(cè)量譜儀，原子核質(zhì)量測(cè)量精度達(dá)到~10^-7。在實(shí)驗(yàn)研究方面，發(fā)現(xiàn)2-3個(gè)新的暈結(jié)構(gòu)或集團(tuán)奇特結(jié)構(gòu)；研究2-3個(gè)弱束縛核反應(yīng)系統(tǒng)動(dòng)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(duì)稱性；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(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(cè)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(cè)，結(jié)合國際大型星系巡天計(jì)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(duì)論檢驗(yàn)等重大科學(xué)問題。

考核指標(biāo)：建立數(shù)目超過一萬個(gè)的近鄰星系對(duì)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(cè)量近萬個(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(cè)量星系形狀的方法，使測(cè)量的系統(tǒng)誤差小于弱引力透鏡信號(hào)的百分之一；發(fā)展測(cè)量紅移畸變的理論和方法，以高精度測(cè)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(hào)；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(duì)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(shí)現(xiàn)宇宙再電離成像觀測(cè)為首要科學(xué)目標(biāo)，研究大視場高動(dòng)態(tài)強(qiáng)前景的低頻射電干涉成像技術(shù)。

考核指標(biāo)：立足21CMA并與WMA合作，建設(shè)簡易驗(yàn)證SKA1-low系統(tǒng)，掌握多波束數(shù)字合成技術(shù)和高動(dòng)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(cè)天區(qū)；擬定中國 SKA 科學(xué)方案，參與 SKA 早期科學(xué)準(zhǔn)備；完成SKA區(qū)域數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)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(yuǎn)鏡、FAST望遠(yuǎn)鏡等大科學(xué)裝置，探索和發(fā)展*前沿的射電天線、信號(hào)接收及處理技術(shù)與方法。

考核指標(biāo)：建立針對(duì)大型及高精度天線的設(shè)計(jì)、制造及測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)與方法；確定影響射電天文接收機(jī)關(guān)鍵部件帶寬與靈敏度的物理機(jī)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(jī)提供理論基礎(chǔ)；完成下一代太赫茲觀測(cè)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(cè)器及接收機(jī)性能達(dá)到或優(yōu)于國際同類探測(cè)器水平；建立針對(duì)相位陣饋源及多波束接收機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)與方法；建立針對(duì)超寬帶（>5GHz）、高時(shí)間分辨率（亞毫秒量級(jí)）、高頻譜分辨率（~50kHz）的射電天文信號(hào)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(qiáng)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(qiáng)光場條件下量子電動(dòng)力學(xué)（QED）效應(yīng)的理論研究和實(shí)驗(yàn)探索。

考核指標(biāo)：提升現(xiàn)有裝置的激光強(qiáng)度及激光束品質(zhì)，功率大于5拍瓦、強(qiáng)度達(dá)到5×10²¹W/cm²；發(fā)展描述*強(qiáng)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(fù)電子對(duì)產(chǎn)生等物理規(guī)律；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)現(xiàn)具有顯著QED效應(yīng)的*端強(qiáng)場與物質(zhì)相互作用的實(shí)驗(yàn)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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