数理科学部十一五资助工作

1. 国家自然科学基金委员会 数理科学部十一五资助工作 汲培文 国家自然科学基金委员会数理科学部 2006年2月 香港

2. 报告内容： • 数理领域的基本状况 • 十一五优先发展领域 • 与香港地区的合作情况 • 重点资助方向 • 推动学科发展的思路

3. 1.机构设置 一、数理学部的基本情况 数学科学处 力学科学处 学部主任 学部常务副主任 学部副主任 天文科学处 物理科学一处 物理科学二处 综合处

4. 二、数理学部的基本情况 • 数学科学处：基础数学 、应用数学 、计算数学 与科学工程计算 等。 2.主要资助内容 • 力学科学处：动力学与控制 、固体力学 、流体力学、生物力学、环境力学和交缘力学等。 • 天文科学处：宇宙学和星系物理、恒星物理 与星际物质、太阳和太阳系、天体测量、天体力学、时间与频率 、天文仪器 、天文学史 等

5. 二、数理学部的基本情况 • 物理科学一处：凝聚态物理（结构、力学和热学 性质 、电子结构、电学、磁学和光学性质） 、原子和分子物理 、光学、声学等。 2.主要资助内容 • 物理科学二处：基础物理、粒子物理、核物理、核技术与应用、加速器物理与探测技术、等离子体物理、同步辐射方法与技术等。

6. 二、数理领域的基本情况 3、2001－2005年度各科学部项目资助情况(项数比例）

7. 二、数理领域的基本情况 2001－2005年度各科学部项目资助情况(经费比例）

8. 二、数理领域的基本情况 2004－2005年度数理学部各科学处资助情况

9. 二、数理领域的基本情况 2001－2005年度数理学部各科学处资助情况(项数比例)

10. 二、数理领域的基本情况 2001－2005年度数理学部各科学处资助情况(经费比例)

11. 二、数理领域的基本情况 2001－2005年度数理学部各科学处重点项目资助情况

12. 二、数理领域的基本情况 2001－2005年度数理学部各科学处重点项目资助情况 (项数比例）

13. 二、数理领域的基本情况 2001－2005年度数理学部各科学处重点项目资助情况 (经费比例）

14. 二、数理领域的基本情况 2001－2005年度数理学部各科学处重大项目资助情况

15. 二、数理领域的基本情况 2001－2005年度数理学部各科学处人才类项目资助情况

16. 二、数理十一五优先领域 • 数学重要分支领域及相互渗透与交叉 主要科学问题： • 数论与代数几何； • 群与代数及其表示理论； • 整体微分几何、流形和复形的拓扑学； • 现代分析，随机分析和无穷维分析； • 非线性偏微分方程，变分理论与几何分析； • 动力系统与常微分方程； • 经典和量子系统的数学问题，随机系统的数学问题。

17. 二、数理十一五优先领域 • 离散和随机问题的数学理论 主要科学问题： • 网络中的离散、随机性的问题； • 量子通信的数学理论； • 数据挖掘的理论与方法； • 不确定性管理与建模； • 复杂非线性系统的建模； • 生物学中的微阵列分析中的统计方法； • 生物信息学的方法研究中医药问题； • 金融市场的风险度量与金融避险工具的设计。

18. 二、数理十一五优先领域 • 超常环境和复杂介质的力学行为与多场耦合效应 主要科学问题： • 多耦合场下复杂介质的本构关系、破坏力学与可靠性； • 可压缩湍流机理，非定常流动的演化机理及其控制； • 高超声速推进与热防护，高温非平衡流动； • 自然环境演化的力学规律，重大灾害的成灾机理与预测； • 生物组织的应力与生长，生物、生灵材料力学与仿生力学。

19. 二、数理十一五优先领域 • 微纳米力学与跨尺度关联 主要科学问题： • 纳米尺度上的本构关系、尺度效应与失效机理； • 生物体系在微纳米尺度上的力学行为； • 微尺度流动及连续与稀薄过渡区流动的机理与表征方法； • 微机电系统和纳机电系统的力学设计、制备与表征； • 多尺度力学与跨层次、跨尺度关联的理论和计算方法。

20. 二、数理十一五优先领域 • 重大工程与装备中的关键力学问题 主要科学问题： • 大型工程系统的刚、柔、液耦合动力学、振动与控制； • 复杂工程系统的安全性与可靠性评价，大型工程装备的故障诊断与预测； • 国家安全中装备的爆炸与冲击、运载与动力、超高速发射技术及其高时空分辨率的表征与测试； • 空天飞行器系统的轻质、强韧、抗撞击、防热结构及其材料一体化设计的理论和方法； • 深海环境下资源开采中的大型设施结构的振动与非线性响应、流固土耦合与渗流。

21. 二、数理十一五优先领域 • 宇宙结构的形成与演化 主要科学问题： • 宇宙学参数的测定，特别是暗物质和暗能量的物理性质； • 宇宙中各种天体和结构的形成，结构形成过程中关键的物 理过程； • 星系形成与演化； • 星系中超大质量黑洞的增长与其宿主星系中恒星形成关系； • 活动星系核的辐射、结构与演化。

22. 二、数理十一五优先领域 • 恒星的形成、演化与太阳活动 主要科学问题： • 恒星的形成与早期演化； • 恒星结构与演化和恒星大气； • 恒星晚期演化和致密天体及其相关的高能现象； • 银河系的结构与演化； • 太阳系外和太阳系行星的形成、演化的观测和理论； • 太阳磁场和速度场的精细结构和演化； • 太阳爆发活动（特别是耀斑和日冕物质抛射）及其对日 地空间天气的影响。

23. 二、数理十一五优先领域 • 量子受限和电子关联效应的研究 主要科学问题： • 受限、介观系统的量子现象和宏观量子效应； • 强关联和低维凝聚态系统基本物理问题及新的理论方法； • 纳米结构的表征、物性研究与性能调控； • 微纳量子器件与单原子、单分子器件的关键物理问题； • 超冷原子、分子体系的量子性质及其应用基础； • 复杂原子分子体系动力学过程。

24. 二、数理十一五优先领域 • 波的时域、频域、空间域相干控制及其应用基础 主要科学问题： • 超快、超强激光的产生与新技术； • 超快现象与强场光物理； • 纳米光子学、光电子的基础物理； • 红外、THz和X射线激光的产生及其应用； • 亚波长结构中光的传播、激发与控制； • 量子光学与光频标中的新现象、新效应； • 复杂介质中声波的传播与检测及声与物质的相互作用； • 水声探测新原理、新方法。

25. 二、数理十一五优先领域 • 强子物理和TeV物理 主要科学问题： • 高精度非微扰量子色动力学计算； • B物理与CP破坏、粲物理、强子结构和新强子态（多夸 克态、胶子球、混杂态等）的研究； • 黑格斯粒子； • 超对称和超对称粒子； • 超出电弱标准模型的新物理； • 顶夸克； • 标准模型中高阶辐射修正的计算和精确测量； • TeV物理与宇宙学和高能天体物理相关的研究； • 广义相对论在微观和宇宙尺度的检验及其可能发展，弦 理论及其应用。

26. 二、数理十一五优先领域 • 极端条件下的核物理和核天体物理 主要科学问题： • 远离稳定线原子核的新的结构形态和效应； • 超重新核素及近滴线新核素的合成与性质研究； • 高温高密强相互作用体系的性质与相变； • 相对论重离子碰撞与新物质形态； • 核内的非核子自由度； • 核天体过程中的重要反应截面测量和天体演化网络计算以 及相关星体的性质和演化； • 高速旋转原子核的结构、原子核新的集体运动模式和新的 同核异能态。

27. 二、数理十一五优先领域 • 核技术及其应用的新原理和新方法 主要科学问题： • 与大科学装置（同步辐射、散裂中子源、受控核聚变、高 能物理与核物理大型实验等）相关的实验物理技术和先进 的探测技术及方法； • 射线与生物体系等物质的作用机理； • 高性能的辐射源技术和探测器技术； • 核技术应用中的辐射防护技术和数据获取与处理技术； • 核分析技术； • 等离子体技术； • 提高核技术的准确度、灵敏度、空间和时间分辨率、在线 和实时检测能力等性能。

28. 二、数理十一五优先领域 • 极端条件下物质的行为与效应 主要科学问题： • 极低温下电子特性和囚禁光子、电子、原子行为； • 超强激光与物质的作用及超短激光传播特性； • 超强磁场下物质的结构、性质和相互作用基本规律； • 超高压下物质的结构、性质和相互作用基本规律； • 高离化态原子与中性原子分子及团簇碰撞； • 声空化现象及其产生的极端物理条件和效应； • 大马赫数和高声雷诺数等极端条件下的非线性声学现象； • 建立极端条件相关的实验方法和新原理探索。

29. 量子调控 主要科学问题： 量子受限结构中量子相干现象； 基于电子与光子过程的量子调控； 基于自旋的量子输运和调控； 宏观量子效应和超越经典电子效应的电子量子 特性作为信 息载体的探索； 光子、声子带隙材料结构、特性及其在信息技术中的应用； 分子电子学物理原理及其在信息技术中的潜在应用。 二、数理十一五优先领域

30. 科学与工程计算 主要科学问题： 工业问题中的建模分析与优化； 金融风险分析与预测； 地球系统模拟； 大气、海洋、地下水和石油等复杂流体计算； 材料物理中的多尺度计算； 复杂生命系统的计算、模拟与控制技术； 高性能计算方法和技术； 大规模科学计算软件平台。 二、数理十一五优先领域

31. 生命重要活动的定量与整合研究 主要科学问题： 非编码RNA的功能、蛋白质结构功能模拟与预测；生物大分子相互作用网络动力学及系统生物学；脂类分子、结构蛋白分子自组装纳米体系及分子马达生物医学功能的物理、化学、力学性质；系统整合生物学理论与方法；从动态和整体的角度研究细胞信号通路间的相互作用（Crosstalk）、信号转导的反馈调控和信号转导网络；定量、整合研究复杂疾病的发生过程；发展定量研究生命活动的新技术和新方法、建模的理论。 二、数理十一五优先领域

32. 纳米科学与技术基础研究 主要科学问题： 纳电子器件的量子效应和单电子行为特性；纳米结构的量子效应、尺度效应和边界效应；纳米结构的测试和表征；突破硅基微电子技术极限的新原理器件及其科学基础；纳米传感、检测、存储与显示器件；相关纳米材料与纳米颗粒的生物学效应；生物单分子与单细胞的识别、操纵控制原理；纳米结构的仿生制造及生物学功能及信息获取与智能系统的仿生学原理；生物与医学用纳米材料的设计与可控合成、修饰及宏量制备技术；基于微系统与纳米技术的微型医疗诊断技术与方法等。 二、数理十一五优先领域

33. 新材料物理特性、制备技术与器件研究 主要科学问题： 材料微结构与材料物性的内在关联与规律；材料的尺度效应、多尺度耦合机制和复合效应；材料的计算设计与物性预测的新理论与新方法；非常规超导机制和新型高温超导材料探索；新型功能材料与器件的结构设计、制备与组装；宽带隙半导体材料与器件的性能和机理；THz材料与器件设计的物理机理与技术；极端条件下材料物性以及特需新型功能材料的性质及其应用。 二、数理十一五优先领域

34. 1、资助了10项青年合作基金： 香港中文大学 1人 香港科技大学 4人 香港大学 2人 香港理工大学 1人 香港城市大学 2人 2、支持了一批与内地的合作 3、支持了少量的RGC项目 三、与香港地区的合作情况

35. 1、全纯映照的重整化理论若干问题研究 1）全纯映照的重整化变换的特征刻画与参数化研究； 2）整函数与代数重整化变换的动力学研究； 3）全纯映照的遍历理论研究； 4）整函数理论中的动力系统方法及相关问题。 2、群与代数的表示理论 1）有限群的模表示理论、代数群表示和结合代数表示理论以及现代导出范畴理论的研究。 2）以 Hall-代数为桥梁，考察 Quiver 表示、三角范畴等与量子群和李理论的深刻联系，建立几何表示的有效模型；考察代数群、量子群及相关有限维代数的表示，进一步丰富Kazhdan-Lusztig 理论。 四、重点资助方向－数学

36. 3、科学计算中的线性和非线性数值代数问题研究3、科学计算中的线性和非线性数值代数问题研究 1）线性与非线性方程组的高效算法和求解方法； 2）代数特征值反问题的数值求解； 3）高阶代数方程的高精度算法； 4）非线性最小二乘问题的数值方法； 5）结构矩阵的特征值的数值方法。 4、非线性椭圆与非线性抛物型方程 1）非线性椭圆与非线性抛物型方程（组）的定性理论； 2）“blow up”现象和奇异集的分析； 3）自然科学、工程技术和社会科学等领域所提出的非线性椭圆与非线性抛物型方程及相关的耦合方程组。 四、重点资助方向

37. 5、生物信息学与最优化方法 用最优化的方法研究生物信息学中的问题。 1) 基因工程中的有关问题； 2) 蛋白质结构预测和分子对接； 3) 从系统层次对生物对象的研究； 4) 生物信息处理中的有关问题。 6、流形拓扑学 1) 建立计算李群和齐性空间相关上同调环以及Chow环的有效算法； 2) 稳定同伦群的计算，配边理论与K－理论的研究； 3) 3－流形的双曲结构、纽结不变量理论以及不可压缩曲面及相关问题。 四、重点资助方向

38. 7、分形几何中的若干前沿问题 1) 分形基本结构的研究； 2) 重分形分析； 3) 分形上的偏微分方程； 4）与应用相关的一些问题。 8、弦理论中的几何不变量 1）镜面对称猜想的研究； 2）K－等价代数流形的量子上同调的关系； 3）弦Orbifold理论的研究； 4）相对Gromov-Witten不变量的研究； 5）局部化技巧； 6）开弦与规范场理论的研究。 四、重点资助方向

39. 9、非平衡信号自适应处理的数学理论、算法和应用9、非平衡信号自适应处理的数学理论、算法和应用 1）信号自适应经验模式分解的收敛性和复杂性，二维推广及其相应的理论、算法和应用； 2）内模函数的本质以及和Hilbert变换的关系； 3）时―频分布：Hilbert谱的数学基础及其应用； 4）经验模式分解与多尺度分析的内在联系。 四、重点资助方向

40. 1、重大装备中的动力学、振动与控制问题 2、机械系统非线性动力学特性的实验研究 3、材料的多尺度力学行为与跨尺度关联 4、智能材料与结构的力学问题及多场耦合相应 5、超常环境下材料与结构的力学行为 6、材料的动力学特性与抗侵彻机理 7、湍流结构的新概念和新方法 四、重点资助方向－力学

41. 8、超高速空泡航行体流动特性和机理 9、超高温气体流动 10、超常颗粒多相流动力学模型 11、与人类疾病成因及诊治相关的生物力学研究 12、计算力学的新技术与新方法； 13、实验力学新方法与新技术。 四、重点资助方向

42. 1、星系宇宙学 1）宇宙学参数，特别是暗物质的物理性质、暗能量的状态方程及暗物质和暗能量的含量、分布、组分、属性等； 2）宇宙中各种天体和结构的形成，结构形成过程中关键的物理过程； 3) 星系形成与演化；星系中超大质量黑洞的增长与其宿主星系中恒星形成关系，特别是反馈过程及其作用； 4）活动星系核的辐射、结构与演化； 2、恒星的形成、演化和爆发 1）恒星的形成和其早期演化，特别是对大质量恒星的形成和在星系环境下恒星大规模形成的观测和理论研究； 2）恒星结构与演化，恒星晚期演化和致密天体； 3）银河系的结构和演化以及太阳系外行星的形成、演化的观测和理论。 四、重点资助方向－天文学

43. 3、天体测量和天体力学 1）天体测量与天体力学理论和方法，多波段天文参考架的建立与研究 2）行星与恒星系统动力学，包括行星内部结构与动力学过程 3）太阳系自然与人造天体动力学 4）应用天文学和天体测量在银河系研究中的应用 5）天文地球动力学。 四、重点资助方向－天文学

44. 1．受限量子体系 研究对象为电子波函数受到限制的零维、一维和二维结构，重点支持以下方向的实验与理论课题： 1）受限量子体系的新奇电、光、磁、热等性能； 2）低维结构的制备与表征技术； 3）量子和自旋器件中的关键物理问题； 4）研究量子效应的关键设备与技术方法。 2、新功能材料物理 研究新功能材料的基本物理特性，重点关注实现其功能特征以及在国家重要技术领域中的关键物理问题，包括： 1）新功能氧化物的基本物理特性； 2）光电功能新材料中的基本物理机理； 3）以自旋为信息载体的新功能材料和器件的基本物理特性； 4）新型功能材料的生长机理和动力学过程。 四、重点资助方向－物理I

45. 3、关联电子系统中的新奇现象 关联电子系统中新奇现象涉及到对关联多电子系统和低维凝聚态系统反常物理性质的认识和了解，包括 1）氧化物材料及非常规超导机制； 2）低维关联电子系统特殊的物理性质、金属-绝缘体转变、不同有序态的竞争和共存及量子相变； 3）重费密子系统性质及其超导机制； 4）关联金属及莫特绝缘体中的基本问题； 5）量子霍尔效应及二维电子系统的关键问题； 6）新型关联电子系统的奇异行为。 4、软物质体系的结构、输运和动力学研究 本研究方向侧重软物质中的规律和特性探索，促进物理学手段和方法在化学、生命、环境等领域的运用和发展。 1）流体在受限环境下的非量子物性和流动规律； 2）颗粒物质的物性； 3）复杂体系中非线性物理现象和规律的探索； 4）相关界面现象。 四、重点资助方向－物理I

46. 5、物质结构和性质的计算和模拟 1）电子、电子和跨尺度的高精度理论计算方法； 2）新型功能材料的计算设计和物性预测； 3）低维凝聚态体系的结构和动力学性质； 4）光、声与物质相互作用的模拟和计算； 5）极端条件下物质结构性质和相互作用基本规律（特别是对目前实验条件难以达到的条件）； 6）发展处理激发态问题的有效计算方法； 7）复杂系统的模拟和物性研究。 6、冷原子、分子物理及应用 研究在超低温条件下，原子、分子量子体系的新现象及其应用。 1）冷原子、分子体系的制备及量子统计特性；空间冷原子物理； 2）原子、分子光学； 3）冷原子分子的量子光学和非线性光学； 4）冷原子、分子的应用（原子芯片在冷原子物理研究中的应用、精密光谱，冷原子频标，光钟，原子干涉仪、陀螺仪，重力梯度仪、物理常数精密测量）； 5）单原子、分子在不同环境下的物性研究。 四、重点资助方向－物理I

47. 7、单原子、分子物理 1）单原子、分子的操控； 2）单原子的识别和痕量分析； 3）单原子、分子器件物理。 8、超快、超强光物理 1）亚飞秒、阿秒激光产生； 2）飞秒、亚飞秒、阿秒超快现象； 3）强场物理； 4）极端条件下原子、分子、团簇行为； 5）周期量级极端超快激光物理与非线性光学； 6）超快强光场的精密操控与量子相干控制； 9、微纳光子学 1）人工带隙材料与光子晶体光集成； 2）亚波长结构中光的传播、激发、纠缠与控制； 3）光子晶体的微腔及微腔中的量子效应； 4）准相位匹配材料及其应用； 5）有机电子学和光电子学； 6）纳米等离子体光子学（nanoplamonics）。 四、重点资助方向－物理I

48. 10、量子信息 1）可控单光子源和新型红外单光子探测等关键量子器件； 2）量子信息的存储、传输、操控、克隆、识别； 3）量子纠缠源的产生、纯化和量子中继原理与方法； 4）固态量子计算的实验和理论； 5）基于量子光学的量子计算实验和理论。 11、噪声的产生、传播与控制 1）流－固耦合系统的噪声与振动控制理论； 2）结构声的有源控制理论和方法； 3）智能化声学材料、低频声波的吸收和隔离； 4）流体动力噪声的理论模型和计算方法； 5）环境噪声场预测模型。 四、重点资助方向－物理I

49. 12、新型声学换能器及其阵列 研究新型发射与接收声换能器及其阵列。包括： 1）声学换能器阵列及其声场建模； 2）新型声学换能材料与宽带大功率声学换能器； 3）MEMS、光纤等声学传感器。 13、国家重大需求技术中的应用物理基础 以国家急需技术为牵引，开展相关的物理机理探索与应用研究，重点支持以下的研究内容： 1）围绕能源技术开展新材料的物理研究； 2）围绕光电技术开展材料与器件的物理研究； 3）围绕强激光应用技术开展光与物质相互作用研究； 4）围绕海洋观测与开发的应用声学。 四、重点资助方向－物理I

50. 1．基于复杂网络的复杂系统动力学及统计行为的研究1．基于复杂网络的复杂系统动力学及统计行为的研究 1）研究互联网等技术网络上交通动力学的微观描述；网络信息传输能力的量化描述及增强策略；网络结构的优化设计和网络系统的高效管理、抗灾变、抗攻击策略。 2）建立网络级联动力学模型，研究网络整体拓扑结构及网点局域动力学级联行为的影响；研究网络的各种同步行为及网络同步性能的控制策略。 3）以重现真实复杂系统统计特征为旨，提出具有网络结构的复杂系统模型，包括生物网络模型、地震模型、经济统计模型、复杂适应系统的自组织演化模型；并对这些复杂网络模型的协同、博弈和共存行为进行动力学和统计物理研究。 2．TeV能区物理 1）深入探讨如何在高能对撞机上发现黑格斯粒子、超对称和超对称粒子并对其性质进行研究； 2）提出和研究超出标准模型的其它新物理模型； 3）利用实验精确测量top夸克的性质，探索和检验新物理模型； 4）标准模型中高阶辐射修正的计算和精确测量； 5）与实验工作者合作，为我国实验工作者提出有意义的研究课题。 四、重点资助方向－物理II