本学科由钱临照院士主持组建于1958年中国科技大学建校之初,1960年成立理论物理专业,朱洪元院士任首任专业主任,与彭桓武院士共同拟定教学大纲,授课,指导毕业论文。本学科于1978年获得国家首批硕士点、1981年获首批博士点、1985年获首批博士后流动站,2001年被评为国家重点学科。“九五”期间,本学科得到“211工程一期”非线性科学方向1500万元的经费支持。“十五”期间,本学科是“211工程二期”、“985工程”和“中国科学院知识创新工程”重点支持建设的学科之一。5年间,共得到“三大工程”支持的建设经费达1000万元。经过“十五”建设,本学科在学科队伍、学科方向、科学研究、人才培养、办学支撑条件等方面均取得了显著变化。 本学科现有教授16人,副教授9人,讲师2人,教育部长江学者特聘教授1人,中科院“百人计划”5人,国家杰出青年基金获得者3人,新世纪优秀人才2人。教师队伍中81 %具有博士学位。骨干教师在国内外学术界的影响越来越大,其中8人在国际学术组织任职或担任国际学术期刊编委。目前,本学科承担着多项国家级和省部级科研项目,其中国家自然科学基金项目65项, 973项目5项, 863项目2项,中科院知识创新工程重要方向性项目2项,国防军工项目4项。“十五”期间,共计完成各类科研项目80项,争取各类科研经费4200万元,获安徽省自然科学一等奖及安徽省自然科学优秀学术论文奖一等奖各 1项, 全国百篇优秀博士论文指导教师 1人。 近五年来,本学科出版专著18部,编写教材5部,在国内外学术期刊发表学术论文503篇,其中SCI & EI 390篇,国内核心期刊113篇。在人才培养方面,五年累计授予博士学位36人,硕士学位13人,学士学位200人,其中1人获全国百篇优秀博士学位论文奖及中国科学院优秀博士学位论文奖,5人获中国科学院院长奖,8人获求是研究生奖学金,2人获丘成桐奖学金,8人获郭沫若奖学金。现在学各类学生350人,其中博士研究生70人,硕士研究生80人,本科生200人。 目前,本学科建立了交叉学科理论研究中心,建成非线性及复杂系统动力学仿真模拟研究实验室,形成了超弦/M理论及其在引力和宇宙学中的应用、量子信息与量子物理、粒子物理、现代场论及其应用、量子力学基础及其应用、原子分子物理、统计物理、非线性物理及复杂系统理论等稳定而又有特色的学科方向,取得了一批具有重要国际国内影响的科研成果。
2.量子信息与量子基础
近代量子场论和粒子物理简介:量子场论、粒子物理、引力理论、超对称规范理论、规范场论的反常和大尺度性质、量子规范理论、约束动力学。
(一)关于量子基础和量子信息的研究成果:量子理论和量子信息的陈增兵、潘建伟、张永德[Phys. Rev. Lett. 88, 040406 (2002);Phys. Rev. A 65, 032317 (2002);Phys. Rev. A 65, 044102 (2002)],提出了适用于连续变量体系的Bell不等式,给出了用连续变量体系进行离散变量量子信息处理实验研究的理论基础该工作提出的方法已被国际学者广泛接受并采用,被称为研究连续变量非定域性的“准自旋方法”,国际上已有多个研究小组进行了跟踪研究。该工作被引用次数近50次。该组[Phys. Rev. Lett. 90, 160408 (2003)] 证明了著名的Greenberger- Horne- Zeilinger (GHZ)定理可以被推广到两粒子情形,因为该研究小组的论证仅要求线性光学,因此可以在目前的实验条件下加以检验,该工作被引用次数为20多次。该研究小组还从实验上完美地检验了该理论结果[Phys. Rev. Lett. 95, 240406 (2005)]:他们在国际上第一次成功地制备出了高亮度、高对比度的超纠缠光子对源;然后,他们以平均高于95%的保真度检验了我们对两光子证明的GHZ类型的定理;对于Bell类型的不等式检验,实验结果以294个标准偏差的精度证实了量子力学对定域实在论的违背。郁司夏和陈增兵等[Phys. Rev. Lett. 90, 080401 (2003)]在量子纠缠的研究方面,利用二次型Bell类型的不等式,给出了一种对N个量子比特系统的纠缠分类,该工作已被引用14次;郁司夏、潘建伟、陈增兵等[Phys. Rev. Lett. 91, 217903 (2003)]对Bell类型的实验并利用不确定性关系,给出了从实验上完全地探测纠缠的方法。陈增兵被Reviews of Modern Physics邀请撰写的关于多光子量子态操纵(“Manipulation of multi-photon quantum states”)的综述。
(二)非微扰、非稳定膜动力学研究利用弦/M理论低能有效理论对非微扰、非稳定膜的动力学进行了一系列的研究,不仅佐证了 Sen 等从开弦角度得到的结果,特别还建立了非稳定膜与超弦/M-理论中黑洞的关系以及非稳定膜系统的宏观参量与相应微观参量的联系(卢建新:Phys.Lett.B599, 313(2004); JHEP 0502:001(2005)),该工作他引(基于arXiv)14次。另外,他们从bulk 时空角度来研究非稳定膜的演化不仅给出了闭弦的微扰真空态,还可以给出基本弦,NS5-膜,其中一些结果是以前没有预料的。该方向的系列研究目前已完成8篇论文,现已全部正式或已被接受发表在 JHEP、Nucl. Phys. B 或 Phys. Lett. B 上,其中JHEP 5 篇, Nucl. Phys. B 1 篇, Phys. Lett. B 2篇。本研究方向最早的两篇工作(Phys.Lett.B599, 313(2004),JHEP 0411:008(2004))立即得到该领域国际顶尖学者A. Sen 当时写该方向进展综述性文章(Int.J.Mod.Phys.A20:5513(2005))的引用。
(三)关于北京谱仪(BES)发现新粒子X(1835)的理论研究2003年BES发现有新粒子存在的实验迹象,李政道教授最早指出:“这是一个十分重要的成果”。阎沐霖研究组随即用大Nc-QCD论证该新共振态是质子-反质子束缚态;率先指出其衰变由正反质子湮灭引起:Yan et al,hep-ph/0405087, BES在04年世界高能物理会议报告中引用该工作;发表于:PRD72 (05)034027,现他引7次。为完整发现该粒子,阎沐霖研究组发现Γ(X(1835)-> η4π) >>Γ(X(1835)-> η2π),据此他们建议BES实验测量X(1835)-> η4π介子共振,这直接导致X(1835)-> η’2π, (η’-> η2π)奇特介子共振态的重要发现。这一发现被2005-世界轻光子会议主席Tort Ekelof在总结报告中评价为“本年度最重要的粒子物理发现”。阎沐霖研究组的理论文章PRC72 (2005) 015208为BES的PRL(2005)实验论文引用,为同行引用16次,并为2006年“粒子数据组(PDG-06)”引用。粒子发现后, 阎沐霖研究组继续对该粒子的多夸克态性质和它的产生作了跟踪研究, 进一步肯定该奇特态的存在(PRD(06), EPJA(06)). 这一组工作(hep-ph/0405087,PRD(05),PRC(05),PRD(06),EPJA(06)代表了该课题组对实现国家大科学工程科学目标所做的努力和贡献。
(四)关于复杂适应系统与复杂网络的研究中科大复杂系统研究组三年来在关于复杂适应系统模型与行为、复杂网络理论、经济物理学、交通流中的相变和自组织临界性和非线性动力学的研究中取得重要进展,在国际及国内有一定知名度,产生重要影响。标志性成果——交通流量驱动的含权网络模型 (王文旭,汪秉宏: Physical Review Letters 94, No.18 (2005) 188702 )给出的网络模型首次同时给出真实技术网络的网络连接度分布的幂函数律、网络强度分布的幂函数律、网络权重分布的幂函数律,以及高聚集性和非相称混合性等五大特征,因此成功地刻画了真实技术网络的无尺度性质和小世界效应。该成果在5月16日被科学时报专文报道。这一研究成果得到国内计算机网络专家的重视。他们关于复杂适应系统和金融物理模型的研究成果也在国际国内有重要影响。
(五)关于高温超导机制和理论物理方法应用于新一代武器的原理性研究关于高温超导机制等,程耕研究组在PRB,PRD,PRE等国际一流物理刊物发表研究的十余篇系列论文,为著名理论物理学家T.Appelquist、V.P.Gusynin等以及在I.C.T.P.2002年召开的专门学术会上K.Behnia的大会报告中引用,在国际上产生重要影响。程耕研究组在总装备部武器研究项目(强束流和弹头脱体激波相互作用的物理效应的研究、等离子体层内导弹飞行所产生的激波及其物理效应和破坏因素的研究,推进阶段激光反导能量吸收和破坏机制的研究)上取得突破性成果,完成的成果报告经验收专家鉴定均为优,具有重要军事意义。