中国物理学会

　　一、物理学的学科性质

　　物理学是研究物质结构、性质、基本运动规律及其相互作用的学科。物理学的研究范围非常广，从最小的基本粒子一直到广阔的宇宙；从最快的10-22秒时间尺度内发生的事件，到宇宙从大爆炸开始以来物质的演变过程（已经100多亿年）；从最冷的接近绝对零度的冷原子、冷分子，到上亿度的热核聚变等离子体和温度更高的天体。

　　物理学是自然科学和技术科学的基础学科，它历史悠久，到19世纪后期形成了经典物理学的理论体系。20世纪，由于相对论和量子力学的建立，构建了现代物理学大厦。物理学的进步导致了无线电、原子能、半导体、激光、计算机、光纤通讯等的发明和发现。它们极大地影响了社会进步和人类的生活。使20世纪成为了物理学的世纪。

　　物理学包括许多二级学科，如高能物理（粒子物理）、原子核物理、等离子体物理、光学、声学、原子和分子物理、凝聚态物理、统计物理、相对论和宇宙学等。还有不少与物理学相关的交叉科学，如数学物理、天体物理、化学物理、生物物理、医学物理、材料物理、地球物理、纳米科学、量子信息学等。物理学在能源、环境、农业和国防等方面都有重要的应用。

　　二、当前物理学发展的特点

　　近年来，物理学的发展态势是非常活跃的，物理学对物质结构和运动规律的探索不断走向深入；物理学不断扩展它的研究内容和研究领域；物理学与其它学科的交叉结合更加紧密；物理学与产业及国民经济的相关性更强；其研究手段不断提高，使我们对周围事物和宇宙的认识不断前进。

　　（1）随着人类对微观世界认识的不断深入和高能加速器能量的提高及探测技术的发展,人们对原子核、核子和基本粒子的研究不断深化，在即将建成的大型强子对撞机(LHC)上，会进行更高能量的粒子对撞实验,寻找希格斯粒子；另一方面, 随着一批大口径天文望远镜和太空望远镜投入使用,人们研究天体和宇宙的能力有了很大的提升,对大爆炸宇宙模型的研究不断深入，探索暗物质和暗能量成为研究的热点。

　　（2）随着物理学理论、实验和计算能力的不断提高,使我们有办法处理实际系统、复杂系统和复杂性方面的问题，扩展了物理学的内容和研究领域，也促进了物理学本身的发展。

　　（3）物理学的概念、理论、方法和仪器，已在许多学科的研究中得到了有效的应用。物理学在这些相关的交叉学科里，起着重要的作用。如纳米科学和生命科学是明显的例子。在未来的物理学发展中,许多重要问题可能出现在交叉学科里。

　　（4）物理学的发展与高新技术产业及国民经济部门发生了越来越密切的联系。2007年的诺贝尔物理奖，颁给了巨磁电阻效应的两位发现者。巨磁电阻效应已经用到了IT产业上；液晶和等离子体显示的彩电，已经走进了千家万户；半导体照明和节能灯将要代替白炽灯,成为节电照明的主力。

　　（5）物理学的研究设备和能力在不断提高，这使我们可以看到和测量到许多过去无法看到和测量到的东西。电子显微镜和扫描探针显微镜使我们“看到”了原子和分子；源于加速器技术的同步辐射已用于各类物质结构和性质的研究，人们正在开发第四代同步辐射光源。物理学仪器和设备的进步，不仅促进了物理学本身的发展,也带动了其它相关学科的发展和科技整体的进步。

　　（6）物理学的国际化趋势在加强。物理学本身是国际性的，国际性也是物理学界长期形成的传统。一批好的物理刊物是国际性刊物，物理学会议也有很强的国际性,许多重要的物理学研究机构里,都有来自不同国家和地区的物理工作者。因特网是物理学家发明的，它也使得物理学家之间的联系更加密切。另一方面，物理学研究需要大型设备,单个国家已难以对其中一些大型设备提供财政支持,必然导致利用国际合作的方式和办法。大型强子对撞机(LHC)和国际热核聚变堆(ITER)等都是国际合作的大科学工程的例子。

　　三、我国物理学近年来的成绩

　　改革开放为我国科学与技术发展提供了良好的条件和机遇。近年来国家加大了对科学与技术事业的投入，我国物理学发展处于较快的上升态势。在此介绍我国物理学部分分支学科近年来取得的主要成绩。

　　高能物理方面，在北京谱仪（BES）升级改造后的BESII上取得了许多创新成果，如X(1860)、X(1835)、X(1812)、X(2075)等新粒子态的发现， 、 粒子的观测， 之谜的破解，以及 衰变到非 的证据等都在文章发表后受到了广泛关注。

　　我国宇宙线研究方面取得许多成绩，如西藏羊八井宇宙观测站充分利用海拔高、探测阵列大的优势，在世界上第一个大型地毯式阵列——中意合作羊八井阵列（于2006年建成）上，观察到活动星核的又一次强烈 爆发。

　　中国理论物理学家在CP(电荷-宇称)对称性破坏和夸克-轻子味物理的理论研究方面取得了重要成果：对直接CP破坏给出更精确、自洽的理论预言；对CP对称性自发破缺的双希格斯二重态模型进行系统研究后，指出它可以成为CP破坏起源的一种新物理模型。

　　我国原子核物理学家在中重缺中子新核素合成及核结构实验研究方面取得了一系列重要成果。他们在中重缺中子区合成了11种新核素并研究了约70种原子核的基态、低自旋或高自旋激发态的核结构性质，获得多项新的重要物理结果。在重离子核反应的集体效应和奇特核产生及其性质研究方面，给出了国际上拟合常规核反应总截面的最佳公式；创立了用核输运理论研究核反应截面的新方法；对轻反应系统通过集体流及多重碎裂的研究，导出有关核态方程和介质中核子－核子作用截面的结论。科学家们在超铀区合成新核素235Am(z=95)后，又相继合成了超重新核素259Db(z=105)和265Bh(z=107)，并首次测量了它们的衰变能量及半衰期，使我国在核素研究方面达到了超重区。目前他们的研究工作已经超过了原子序数为107的核区。

　　在等离子体物理的磁约束聚变方面，2002年成功建成我国第一台带有偏滤器（一种排除杂质装置）的托卡马克HL-2A，并成功实现偏滤器位形运转。2006年成功建成的EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)装置，是国际上首个全超导托卡马克；它的建成使我国磁约束聚变能所达到的等离子体参数，接近国际上最大装置的水平，特别是在稳态运行方面具有特别的优势。2003年，建成了我国第一台球形环SUNIST。在等离子体物理实验方面进展的典型代表是HT-7装置上的长脉冲运行和HL-2A装置上的带状流研究，以及超声分子束注入实验研究。在惯性约束聚变研究方面，2007年成功建成了大型激光聚变装置——神光III原型。

　　在光学领域，创建了世界上首台基于光学参量啁啾脉冲放大（OPCPA）新原理的新一代超短超强激光装置。在X射线波段激光研究方面，首次利用类锂和类钠离子方案，获得短于100埃的8条新波长的X射线激光。在强场物理方面，发现了超短超强激光与等离子体相互作用中不同吸收机制相互转换的规律；提出了强激光对等离子体中电子的随机加速等新机制，并获得实验证实；实现了强激光与固体靶作用产生超热电子的定向发射和控制。在超快光学方面，系统研究了多种有机分子超快非线性光学性质，提出通过分子间电子转移实现超快三阶非线性光学效应增强并实现了超快、低泵浦能量全光光子晶体开关。

　　在声学领域，利用高强度超声治疗癌症的机理和应用研究已引起世界瞩目；我国多个单位在实验测量、理论分析、数值模拟等几个方面深入研究，不断取得新的进展，解决了大量技术难题，开发了治疗设备；在临床应用方面至今已治疗了几千病例，积累了大量珍贵的数据和经验，对一些病种已形成了较成熟的治疗方案。水声学的应用背景是声纳，关系到国家安全，我国在这方面的研究有较长历史和良好基础，尤其是在近海范围的浅海声场研究方面很有特色，受到国际学术界的重视；近年来研究的范围更广，进入到深海研究领域。扫描电声成像系统是把扫描电镜和声学成像技术结合建立的一种亚微米级的高分辨率成像系统，在各种材料研究和生物研究中得到广泛的应用，推动了这些学科的发展，我国在系统的研制和各种应用中开展的工作受到国际同行的重视，尤其对成像机理的深入研究被世界公认为最为完整的理论。

　　在凝聚态物理领域，介电体超晶格的研究有很强的创新性。将微结构引入介电晶体，构成了介电体超晶格。在介电体超晶格中微结构的调制周期可与光波、超声波的波长相比拟。这样，光波、超声波在介电体超晶格中传播，类似于电子在晶格周期势场中运动。于是，光子能带、声子能带及与光声有关的其他准粒子能带就出现在介电体超晶格中。介电体超晶格还能实现不同物理常数的调制，已成为一种具有重要应用前景的人工有序微结构材料，成为国际热门研究领域，并在光电子学、声电子学、材料科学的交叉领域中催生了被称为“畴工程学”的新生学科。

　　在半导体研究方面，准二维半导体的自旋霍尔效应及半导体自旋电子学方面进展迅速，提出了多种物理机制；成功实现了量子点的单光子发射：8K温度下脉冲激光激发InAs单量子点，采用HBT (Hanbury Brown-Twiss) 延时复合计数光谱测试系统观察到波长950 nm的单光子发射，发射速率大于10 kHz。完善了低维半导体材料的生长及物理特性测量的手段，成功地在GaAs衬底上生长出高质量GaSb厚膜材料和2～3微米红外波段InAs/GaSb超晶格材料，基本实现了对半导体量子点的尺度及均匀性控制。

　　在磁电子器件的研制中，成功地以纳米尺度的环状结构磁隧道结进行了MRAM原型器件的验证；通过锰氧化物和钛酸锶构造出具有整流效应、光伏效应、正负磁电阻效应交叉出现的p-n结，并通过透射电镜的电子全息术直接测量了界面电势的空间分布。

　　在低温物理和强关联系统研究中，理论上基于共振价键或自旋涨落模型做出了有特色的工作；实验上通过低温比热测量，发现赝能隙基态中可能仍然有电子型准粒子的激发，从而出现费米弧金属基态，并进一步指出超导可能是费米弧上面的电子通过借助于强大的自旋配对的背景而发生超导配对和凝聚。最近与美国橡树岭的中子和比热合作研究也进一步证明了超导凝聚能与自旋共振激发的密切关系。

　　在表面微结构研究方面，在Si衬底上生长了原子级平整的Pb膜，通过精确控制其厚度，实现了对Pb膜超导转变温度的调制；利用自组织生长技术，实现了把由3～12个原子组成大小和结构全同的原子团放在硅(111)表面上，使量子点阵列大面积地整齐排列起来。

　　在软物质物理研究方面，通过分子梳方法观察到了单个DNA分子在拉伸力作用下的熔化现象；利用布朗动力学方法研究了DNA与组蛋白的相互作用，分析了核小体的组装、解离、手征性的形成、染色质重组复合体的作用，以及组蛋白修饰对核小体结构的影响。

　　我国计算凝聚态物理研究近年来发展很快，现在已有能力生产计算能力达到每秒5万亿次的超级计算机，不仅通过计算解决与国家需求密切相关的重要问题，同时创造性地提出新型计算方法，研发出具有自主知识产权的计算软件。第一原理计算方法在很多实验组的科研中获得了普及，开始大量地直接使用计算方法来指导实验研究。

　　在量子信息技术的基础研究方面，首创了量子避错编码原理，为解决量子信息领域的关键性问题——消相干提供了新方法；首创了概率量子克隆原理，为量子信息的有效提取提供了新的方法；提出一种新型的基于腔量子电动力学（QED）的量子处理器方案，有力地推动了该研究方向的后续发展。在多光子量子纠缠及其应用方面，先后在实验上实现了四、五和六光子纠缠；在高亮度纠缠源的支持下，实现了基于线性光学的量子纠缠浓缩，实现了基于纠缠交换的量子中继器，原理性地证明了基于上述技术可以在遥远的两地建立最大纠缠；在量子密钥共享、无共享参考系量子密钥分发、自由空间量子通信、诱骗态量子密钥分发等方面取得了突破；2007年实现了绝对安全距离超过100 km的量子密钥分发。在纠缠态光场及连续变量量子通信研究方面，证明了将非简并光学参量放大器（NOPA）运转于放大与反放大两种状态，可以获得不同类型的连续变量纠缠态光场，首次获得明亮EPR量子纠缠光束；设计了光场贝尔态直接探测系统，突破了传统零差探测的模式，便于实际应用；首次从实验上完成了连续变量量子密集编码，使信道容量突破经典极限；首次从实验上获得连续变量三组份纠缠态光场，并首次完成具有网络特性的受控密集编码量子通信。

　　虽然我国近年来物理学进步很快，但在总体上我们与西方发达国家的物理学发展水平相比，还是有很大差距的。

　　四、对我国物理学发展的几点建议

　　国家对物理学的投入，特别是对物理学基础研究的投入应当持续增加；物理学的应用研究，也应当得到加强，物理学在能源、环境等关系到可持续发展和国计民生领域的应用,会起到重要的作用,应当给予支持。

　　物理学不少学科和领域的进步和突破，都与物理学研究所必须的大型实验设备—大科学工程密切相关。我国过去建设的几项物理学领域的大科学工程对我国高能物理、核物理、核聚变等离子体物理等相关学科的发展起到了很重要的作用。正在建设的几个物理学领域的大科学工程项目也会对我国未来物理学相关领域的发展，起到积极的促进作用。对已立项和在建的几个物理学领域大科学工程项目，建议加快建设进度，并做好配套工程，使它们尽快投入使用。对已建成的大科学工程项目，要做好用户的组织、协调和为用户服务的工作，提高工程使用效率，产生更多原创性的研究成果。

　　物理学发展中，国际化趋势在不断加强。改革开放以来，我国物理学界与国外同行的交流已有了长足的进步，不少物理学工作者已经加入国际合作团队中。但与欧美等发达国家相比，我国物理学的国际化进程，仍然相对落后。我国物理学家在国际物理学重要组织及重大工程项目中所处的地位也不高。这种状况应当加以改变，我们应当在未来物理学的发展中发挥更加重要的作用。

　　我国中学和大学的物理教育有待加强。在我国公民的科学素质教育中，物理教育和科学普及应当受到足够的重视。

　　我国的物理学期刊和杂志的水平，与发达国家相比，仍然有较大差距，有待提高。

Physics

　　Physics is the science which studies the structures and properties of matters, basic laws of motions，and interactions between matters.

　　Physics is a foundation for both nature and technical sciences. The discoveries of quantum mechanics and theory of relativity in the last century have led to a series of progresses in atomic energy, semiconductors, lasers, computers, fiber optical communications, and so on. It has great impacts on the social progress and human living, and also makes the 20th century a century of physics. In the new century, physics will still be very active, powerful, and functional just as before.

　　Physics includes a number of interdisciplinary branches, such as high energy physics, particle physics, nuclear physics, plasma physics, optics, acoustics, atomic and molecular physics, condensed matter physics, statistical physics, relativity and cosmology, etc. Other multidisciplinary branches such as mathematic physics, astrophysics, chemical physics, biophysics, medical physics, material physics, and geophysics will emerge as well.

　　Here are the present trends of physics:

　　1. By using more powerful accelerators, such as Large Hadronic Collider (LHC) and telescopes including space telescope, the understandings of both the micro world and the universe will acquire much deeper. Probing Higgs, dark energy, and dark matter are the frontiers of modern physics.

　　2. With the increase of computational capability, physicists can deal with the real and complex systems. Therefore, the research field will be broadened significantly.

　　3. The physics concepts, theories, methods, and instruments have been applied to many scientific disciplines effectively. Physics is now playing important a role in different multidisciplinary branches. In the future, many important physics progresses may occur in these multidisciplinary branches.

　　4. The progresses of physics have more and more closed tie with high technology enterprises and economics. For example, Nobel Price on Physics in 2007 has been given to two physicists who have discovered Giant Magneto-Resistance (GMR) effect. Now GMR has been used in IT enterprises. Televisions with liquid crystal and plasma displays become popular to the ordinary residents. In order to save energy resources, semiconductor illumination and gas discharge lamps have taken over the traditional place occupying by incandescent lamps.

　　5. By using new physics facilities, it could be seen something which have never been seen before. For example, modern electron microscope and Scanning Probe Microscope (SPM) allow us to see atoms and molecules. Synchrotron radiation has been used to study structures and properties of different kinds of matters. The progresses of physics instruments promote not only the physics itself, but also bring along other related scientific disciplines as well as the whole science and technology.

　　6. Physics is going to become international. The best physics journals and important conferences are all international. The internet makes physicists located in different countries and places closer. Physics researches need large facilities, but single country can hardly give financial support to such facilities. International cooperation provides a solution and LHC & ITER are some good examples among them.

　　In recent years, great progresses have been achieved on the basic and applied physics in China. Here are some examples:

　　Using upgrade Beijing Electron Positron Collider (BEPC) and Beijing Spectroscope (BES), new particles, such as X1835, have been discovered.

　　The physical discharge experiment has been conducted successfully on the full superconducting tokamak, that is, Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST).

　　New generation of ultra-short and super-strong laser system has been designed and operated. Based on the new principle of OPCPA, the laser reaches very high power. Some important results have been obtained in the intense field physics.

　　Intense ultrasonic has been used to kill cancer in human body. The related experiments, measurements, theoretical analysis, and simulations have been done in the laboratories and hospitals. Thousands of patients have been cured by the ultrasonic therapy.

　　Twenty years ago, micro structure has been introduced to dielectric crystals and formed dielectric super lattice. In dielectric super lattice, the modulation period is compared with the wavelengths of light and ultrasonic. In this way photon’s energy band, phonon’s energy band, etc, appear in the dielectric super lattice. In the process to set up the material system of dielectric super lattice, a series of academic contributions have been done. The dielectric super lattice has its important applications.

　　In order to promote physics research in China, some suggestions are worth to consider.

　　1. Research funds for both the basic and applied physics should be strengthened further.

　　2. Physics researches need large facilities. In the past years, large facilities in China have played important roles. According to the research requirement, some facilities should be upgraded. For these facilities under the construction, we hope that they can be used as soon as possible.

　　3. Chinese physicists should play a more important role in the international organizations and international cooperation projects.

　　4. Physics education in middle schools and universities should be improved. Science popularization work, especially on physics, should be emphasized.

　　5. Qualities of Chinese physics journals should be enhanced. Their electronic publishing should be strengthened.