學(xué)科建設(shè)爭一流 科學(xué)研究出碩果
物理學(xué)科建設(shè)的長遠(yuǎn)目標(biāo)是建設(shè)成為世界一流的培養(yǎng)和造就杰出科學(xué)人才的基地和在國際上有重要影響的學(xué)術(shù)研究中心。表現(xiàn)在能夠培養(yǎng)社會(huì)公認(rèn)的優(yōu)秀人才和杰出代表，擁有學(xué)術(shù)界公認(rèn)的學(xué)術(shù)權(quán)威和知名學(xué)者，取得對(duì)學(xué)科未來發(fā)展方向有重大影響的科研成果。
清華物理系目前的研究方向包括：粒子物理與場論、高能天體物理實(shí)驗(yàn)和理論天體物理、核物理實(shí)驗(yàn)和理論、計(jì)算凝聚態(tài)物理與新材料設(shè)計(jì)、低維、納米、強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系的理論和實(shí)驗(yàn)研究、超導(dǎo)應(yīng)用、激光物理、量子光學(xué)與非線性光學(xué)、量子計(jì)算和通訊、單原子分子探測識(shí)別和操作、核技術(shù)和應(yīng)用、聲學(xué)與應(yīng)用，等等。物理系在科研管理方面下設(shè)三個(gè)研究所：凝聚態(tài)物理研究所，高能物理與核物理研究所和原子分子與光物理研究所；兩個(gè)跨學(xué)科重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室：原子分子納米科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，量子信息與測量教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（北京大學(xué)、清華大學(xué)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室）；五個(gè)跨學(xué)科研究中心：原子分子納米科學(xué)研究中心、應(yīng)用超導(dǎo)研究中心、天體物理中心、清華－富士康納米科技研究中心和高能物理研究中心。
近年來，通過“211”、“985”工程的建設(shè)，國內(nèi)外同行公認(rèn)清華物理系進(jìn)步顯著。凝聚態(tài)物理、粒子物理與核物理、原子分子物理發(fā)展為教育部重點(diǎn)學(xué)科，其中粒子物理和核物理在通信評(píng)議中獲該二級(jí)學(xué)科全國高校排名第一。原有的優(yōu)勢學(xué)科方向繼續(xù)保持領(lǐng)先，新興學(xué)科發(fā)展迅速。2001年剛剛成立的天體物理學(xué)科，于2003年獲得碩士、博士學(xué)位授予權(quán)；2004年參加全國天文學(xué)一級(jí)學(xué)科評(píng)審，評(píng)審結(jié)果名列全國高校天文學(xué)科第四名。量子信息、量子通訊的學(xué)科建設(shè)已初具規(guī)模；與生物醫(yī)學(xué)的交叉合作更加深入。實(shí)驗(yàn)研究水平正在逐步提高，實(shí)驗(yàn)研究和理論研究的落差正在逐步縮小，理論和實(shí)驗(yàn)的合作更為顯著，學(xué)科的整體研究水平和參與國內(nèi)外競爭的能力大大加強(qiáng)，在國內(nèi)同行中的地位不斷提高。
1、凝聚態(tài)物理研究碩果累累
納米材料與納米結(jié)構(gòu)的合成與制備國際領(lǐng)先。創(chuàng)造性地發(fā)展了多種納米線和納米線陣列的制備方法，成功地制備了多種有重要應(yīng)用價(jià)值的半導(dǎo)體納米線和納米線陣列，包括硅、碳化物、氮化物、磷化物和部分氧化物。發(fā)展了一套生長超順排碳納米管陣列的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了碳納米管的可控制生長。這種碳納米管陣列可以用來制備連續(xù)的宏觀尺度的碳納米管線。這種純碳納米管線經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚恚瑢?dǎo)電性和強(qiáng)度都得到很大的提高，而且這一技術(shù)與現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝是兼容的，因此經(jīng)過適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)就可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)，具有很好的產(chǎn)業(yè)化前景，這一成果發(fā)表在2002年Nature雜志上，并被選為2002年度“中國高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”。《Nature》網(wǎng)站、英國物理學(xué)會(huì)的納米技術(shù)網(wǎng)（nanoweb.org），美國化學(xué)學(xué)會(huì)的化學(xué)和工程新聞（Chemical and Engineering News），美國的科學(xué)新聞（Science News）等都對(duì)這項(xiàng)工作做了評(píng)論和報(bào)道。另外，利用多孔氧化鋁模版生長納米管和納米線及其陣列的研究取得了進(jìn)展；單晶納米硅線的可控定向生長技術(shù)也很引入矚目（ADVANCED MATERIALS (2005)）；利用碳同位素標(biāo)記生長和微區(qū)拉曼相結(jié)合的技術(shù)，在碳納米管的生長機(jī)理、發(fā)光特性等應(yīng)用研究方面都取得了重要的結(jié)果。1997年在《Science》雜志上發(fā)表的利用碳納米管限制反應(yīng)生長氮化鎵一維納米晶體的工作在2002年、2003年和2004年每年的他人引用率均在100次以上，榮獲2003年度我國單篇論文被引用次數(shù)第一名。
在碳納米管復(fù)合材料的熱導(dǎo)率改性方面，開創(chuàng)地研究了使用碳納米管改善材料的熱傳導(dǎo)性能的方法。對(duì)其中所涉及的關(guān)鍵問題，如碳納米管在熱界面復(fù)合材料中的分散方法，測量方法及滲流閾值等都進(jìn)行了研究。研究了化學(xué)和物理修飾對(duì)碳納米管本身及其與其它材料間界面熱傳導(dǎo)的作用。特別是研究了碳納米管陣列復(fù)合的熱界面材料的相關(guān)問題。研究結(jié)果發(fā)表在Advanced Materials和Applied Physics Letters等刊物上。Nature著名評(píng)論員Philip Ball在著名刊物Nature的Materials Update專欄對(duì)這項(xiàng)研究進(jìn)行了介紹和高度評(píng)價(jià)。這項(xiàng)工作之所以受到如此重視，這是因?yàn)殡S著電子、光電子器件功率密度的增加和集成度的提高，傳熱問題的重要性已經(jīng)在研發(fā)領(lǐng)域形成共識(shí)。而在學(xué)術(shù)上，納米材料的熱輸運(yùn)研究也是納米科學(xué)研究的一個(gè)重要方向。
由于物理系在納米領(lǐng)域研究的出色表現(xiàn)，由富士康企業(yè)集團(tuán)捐資與清華大學(xué)共同設(shè)立的清華－富士康納米科技研究中心大樓于2002年6月破土動(dòng)工，2003年12月正式啟用。納米中心以信息產(chǎn)業(yè)為導(dǎo)向，開展納米技術(shù)的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究。納米中心大樓共有四層，總建筑面積為12000平方米，納米中心大樓集納米材料與器件的制備、測試、研究和開發(fā)以及學(xué)術(shù)交流等功能為一身，為納米科技的各個(gè)環(huán)節(jié)提供了一個(gè)先進(jìn)的、開放式的研究環(huán)境。
凝聚態(tài)理論研究成果出色。應(yīng)用和發(fā)展以量子力學(xué)和凝聚態(tài)基本理論為基礎(chǔ)的多層次計(jì)算手段，對(duì)一些復(fù)雜的新型功能材料和結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行了深入的研究，發(fā)展了均勻有限電場下絕緣體的電子結(jié)構(gòu)理論；發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)同型相界附近的鐵電超薄膜材料呈現(xiàn)出一些完全不同于體材料的新的物理性質(zhì)，預(yù)言了鐵電臨界厚度和條紋結(jié)構(gòu)。
在低維受限體系研究方面，原理上提出了利用直流偏壓下半導(dǎo)體超晶格中的Bloch振蕩與入射雙色近紅外激光差頻的雙共振效應(yīng)和激子效應(yīng)產(chǎn)生THz光源的有效方法，并預(yù)言了該THz光源的輸出功率可達(dá)微瓦，量子轉(zhuǎn)換效率可達(dá)1%，連續(xù)可調(diào)諧范圍較大（1-6THz）。此工作已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)；闡明碳納米管形變的有限尺寸效應(yīng)，指出在碳納米管器件的設(shè)計(jì)中必須考慮形變的尺寸大小以確保器件功能實(shí)現(xiàn)；提出納米體系尤其是碳納米管電子發(fā)射的基本特點(diǎn)是外加電場作用使量子化能級(jí)上束縛電子借助于共振隧穿效應(yīng)發(fā)射，這本質(zhì)上不同于傳統(tǒng)金屬電極中電子的發(fā)射；引入二次量子化的處理方法，形成了一套研究量子點(diǎn)、量子環(huán)中的N(N≥3)電子的能級(jí)、相互作用能及其尺寸效應(yīng)、磁振蕩和自旋振蕩等新方法，并首次得到一維環(huán)中激子的精確解；根據(jù)GaAs/InAs量子環(huán)的制備情況，提出了一種切合實(shí)際的勢模型，得到了優(yōu)于其它模型的計(jì)算結(jié)果，并可很好解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；為不同低維半導(dǎo)體受限激子和電子態(tài)光譜特性預(yù)測，建立了普適有效的“變分—對(duì)角化”新方法；為闡明國際同行分別測得的ZnSe/ZnS和GaN/GaAlN量子點(diǎn)不規(guī)則微區(qū)譜像成因，采用所建方法解決計(jì)算難點(diǎn)，成功解釋了實(shí)驗(yàn)；拓展洪德法則，理論上設(shè)計(jì)了自旋極化和磁化可調(diào)的稀磁半導(dǎo)體納米環(huán)；研究了低維結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力學(xué)，發(fā)現(xiàn)了三元體系中的瞬態(tài)相，預(yù)言了新型低維有序結(jié)構(gòu)和非平衡態(tài)生長的相演化中會(huì)出現(xiàn)亞穩(wěn)相；進(jìn)行了低維物理與材料器件設(shè)計(jì)的理論模型、計(jì)算方法和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的創(chuàng)新研究。上述工作獲2000年度國家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，兩次居SCI第一作者論文數(shù)全國前10名。朱嘉麟教授指導(dǎo)的2名博士在此課題領(lǐng)域的研究論文，分別獲2002和2004年度全國優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎(jiǎng)。
在自旋電子學(xué)研究方面，系統(tǒng)地研究了電子隧穿磁量子結(jié)構(gòu)的自旋過濾效應(yīng)及波矢過濾效應(yīng)，揭示了其中自旋極化及波矢過濾與磁結(jié)構(gòu)構(gòu)型、電子能量、入射波矢、電場之間的普遍關(guān)系；研究了基于Rashba自旋軌道耦合效應(yīng)及非磁隧穿二極管的一種自旋過濾裝置中的非對(duì)稱效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱性可以極大地改變自旋過濾效果，指出通過調(diào)節(jié)對(duì)稱性可以調(diào)節(jié)自旋電流的強(qiáng)度；揭示了電場作用下Rashba自旋軌道耦合效應(yīng)對(duì)鐵磁/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)中自旋輸運(yùn)影響的規(guī)律性；提出對(duì)二維電子氣實(shí)施鐵磁金屬及Schottky金屬納米級(jí)調(diào)制、實(shí)現(xiàn)高效率自旋極化輸運(yùn)的觀點(diǎn)；研究了周期磁調(diào)制二維電子氣系統(tǒng)中的巨磁阻效應(yīng)，揭示了其中磁阻率及其峰位與磁調(diào)制勢的間距及周期之間的關(guān)系。
在重費(fèi)密子化合物中的量子相變和量子臨界現(xiàn)象研究方面，對(duì)自旋S=1單通道近藤模型中的欠屏蔽現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)的理論分析，提出了一種可能解釋局域量子臨界點(diǎn)附近反常行為的新機(jī)制。利用S=1的贗費(fèi)密子表示，在強(qiáng)耦合極限下給出有效模型，發(fā)現(xiàn)費(fèi)密能處出現(xiàn)了delta共振峰，導(dǎo)致局域自旋動(dòng)態(tài)磁化率對(duì)溫度或頻率的對(duì)數(shù)發(fā)散，外加磁場將抑制費(fèi)密能處的奇異性，這是一種可能解釋局域量子臨界點(diǎn)附近反常行為的新機(jī)制，結(jié)果發(fā)表在Physical Review Letters上。
凝聚態(tài)應(yīng)用研究獲得突破。2002年，物理系研制的GSM移動(dòng)通訊用高溫超導(dǎo)濾波器在由教育部組織的專家鑒定會(huì)定為達(dá)到世界先進(jìn)水平，其后又陸續(xù)研制成功適合于GSM900和CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)的超導(dǎo)濾波器和超導(dǎo)濾波器系統(tǒng)。2004年3月，由物理系研制的具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的我國第一臺(tái)CDMA移動(dòng)通信用高溫超導(dǎo)濾波器系統(tǒng)在商業(yè)運(yùn)行中的CDMA移動(dòng)通信基站試驗(yàn)成功，并安全運(yùn)行至今，實(shí)現(xiàn)了我國高溫超導(dǎo)研究18年后在通信領(lǐng)域的第一次實(shí)際應(yīng)用，這是我國繼美國之后，成為國際上第二個(gè)將超導(dǎo)濾波器成功地應(yīng)用于移動(dòng)通信的國家。2005年12月，多套高溫超導(dǎo)濾波器系統(tǒng)在由多個(gè)移動(dòng)通訊基站構(gòu)成的用戶密集、地形復(fù)雜的通訊小區(qū)內(nèi)試驗(yàn)成功，并無故障運(yùn)行至今。
應(yīng)用超導(dǎo)研究中心研制的Bi系高溫超導(dǎo)線材及其產(chǎn)業(yè)化技術(shù)在2003年12月由北京市科委組織的專家鑒定會(huì)上被認(rèn)為達(dá)到世界先進(jìn)水平，參與研制的應(yīng)用Bi－2223/Ag高溫超導(dǎo)線材的高溫超導(dǎo)電纜也于2004年7月首次在昆明并網(wǎng)成功，這是我國第一組，世界第三組高溫超導(dǎo)電纜并網(wǎng)運(yùn)行。該電纜為33米長，三相，2000A，25 kV，技術(shù)水平為世界領(lǐng)先。這項(xiàng)成果被評(píng)為2004年國內(nèi)十大科技新聞。首次將Bi系高溫超導(dǎo)帶材制備的磁體運(yùn)用在超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)中，采用Bi系高溫超導(dǎo)帶材的單臂磁懸浮實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和四軸磁懸浮實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)分別于2003年12月和2004年5月成功實(shí)施穩(wěn)定可控懸浮。在高溫超導(dǎo)強(qiáng)電和弱電應(yīng)用方面的研究成果被科技部評(píng)為超導(dǎo)領(lǐng)域僅有的兩個(gè)“十五”、“863”“標(biāo)志性的重大成果”。 2005年10月，在“十五”科技成果展覽會(huì)上，物理系承擔(dān)的“863”Bi－2223/Ag高溫超導(dǎo)線材項(xiàng)目、移動(dòng)通訊用高溫超導(dǎo)濾波器系統(tǒng)項(xiàng)目和物理系參與的三相高溫超導(dǎo)電纜項(xiàng)目作為在新材料超導(dǎo)領(lǐng)域重大、有顯示度的成果參加展出。
第二代YBCO高溫超導(dǎo)覆膜導(dǎo)體的研究也獲得重大進(jìn)展。2005年12月，物理系應(yīng)用超導(dǎo)研究中心在自行研制的設(shè)備上用非真空方法成功制備出了大面積YBCO超導(dǎo)薄膜，據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)測試證明，其超導(dǎo)特性優(yōu)于國內(nèi)用真空方法制備的同樣面積的YBCO超導(dǎo)薄膜，這些研究結(jié)果填補(bǔ)了國內(nèi)空白，對(duì)我國信息、材料、國防、能源和航空航天將會(huì)產(chǎn)生重要影響。
在超導(dǎo)研究中，我校已形成跨系、跨學(xué)科的研究群體，該群體橫跨了物理、材料、電機(jī)、自動(dòng)化、精儀、化工、核研院、機(jī)械、電子等系，為我校發(fā)揮學(xué)科集成優(yōu)勢，爭取國家項(xiàng)目起到了很好的作用。同時(shí)我校高溫超導(dǎo)研究群體與國際從事高溫超導(dǎo)的研究群體建立了廣泛的聯(lián)系，與美國、英國、德國、日本、韓國、澳大利亞、丹麥等主要國家的超導(dǎo)研究單位進(jìn)行過互訪，多次參加國際、國內(nèi)超導(dǎo)會(huì)議，做了多次特邀和大會(huì)報(bào)告，與國內(nèi)的中科院、高校、解放軍總裝等單位也建立了廣泛的聯(lián)系和合作。從2002年至今，我校超導(dǎo)研究群體共爭取到校外經(jīng)費(fèi)近4000萬。申請(qǐng)國內(nèi)外專利20項(xiàng)，發(fā)表SCI論文近100篇。
超聲電機(jī)研究引入矚目。聲學(xué)研究組與國內(nèi)外科研單位和企業(yè)密切配合，研制成功了直徑為1mm、世界上最細(xì)的超聲馬達(dá)。這種馬達(dá)可以用作血管機(jī)器人、胃鏡以及微型飛行器的驅(qū)動(dòng)器，在醫(yī)療、國防等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。另外，研究成功了大力矩環(huán)形行波電機(jī)，堵轉(zhuǎn)力矩已經(jīng)達(dá)到了8牛米。這種電機(jī)具有低轉(zhuǎn)速、大力矩的特性，不需要減速機(jī)構(gòu)即可驅(qū)動(dòng)車窗玻璃的升降。超聲電機(jī)方面的研究獲得多項(xiàng)省、部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)。
2、原子分子理論和實(shí)驗(yàn)研究成果突出
圍繞發(fā)展量子多體理論和計(jì)算方法，面向原子分子層次超靈敏探測、識(shí)別、操縱與控制的需要，進(jìn)一步發(fā)展相對(duì)論多通道理論，提出直接計(jì)算“初通道”和“末通道”之間約化矩陣元的新穎方法；發(fā)展了計(jì)算高溫高密多元素等離子體吸收譜的計(jì)算方法和簡化細(xì)致輻射系列項(xiàng)的理論計(jì)算方法，并提出了超越“平均原子”的理論方法；密切結(jié)合實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)地計(jì)算了電子－離子的共振輻射復(fù)合截面和速率，對(duì)慣性約束聚變等離子體，能夠方便地計(jì)算X射線在該等離子體中的傳輸系數(shù)；精確地定量描述X射線在高溫高密等離子體的吸收譜；計(jì)算了多元素有機(jī)材料C10H16O5等離子體的吸收譜，以及金等離子體發(fā)射譜。建立分子超激發(fā)態(tài)結(jié)構(gòu)理論和計(jì)算方法，完成了N2、CO、CH4，NH3，H2O、HF等分子內(nèi)殼層近閾結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算和分析，闡明了內(nèi)殼層激發(fā)過程中形成的空穴對(duì)近閾結(jié)構(gòu)的影響。通過團(tuán)簇取樣計(jì)算了GaN晶體中N K-edge近閾結(jié)構(gòu)，定量分析了硅烷由于2p內(nèi)殼層電子吸收X光而形成的近閾結(jié)構(gòu)。面向國家“973”重點(diǎn)項(xiàng)目的需要，應(yīng)用DVM、第一原理分子動(dòng)力學(xué)等方法研究表面物理方面的問題，從理論上探討STM針尖對(duì)單個(gè)原子進(jìn)行搬遷的物理過程。在納米管研究方面，探討了納米管的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)任何類型的鉍納米管只要平均管直徑大于1.8納米都是半導(dǎo)體，其直接能隙約為0.63eV。在單分子器件的研究方面，探討了“單分子器件”、球狀團(tuán)簇的幾何構(gòu)形和電子結(jié)構(gòu)。
原子分子物理學(xué)科致力于分子激發(fā)態(tài)光譜和動(dòng)力學(xué)、相干和非相干控制分子動(dòng)力學(xué)過程的研究。2004年和美國Temple大學(xué)合作，用連續(xù)激光首次在分子體系觀測到電磁場誘導(dǎo)的光透明現(xiàn)象，研究了分子微擾能級(jí)的Autler-Townes（A－T）分裂。A－T分裂和電磁感應(yīng)透明（EIT）是由于強(qiáng)場與能級(jí)作用使能級(jí)分裂，量子態(tài)相干的結(jié)果。首次實(shí)驗(yàn)研究了鈉分子微擾能級(jí)對(duì)的A－T分裂；首次在雙光子躍遷中觀測到電磁感應(yīng)透明。自行研制成功世界上第3套高分辨XUV光電子離子譜和離子成像系統(tǒng)。用此系統(tǒng)可以準(zhǔn)確測量和研究分子電離限附近的振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)行為。
2004年自主完成了第二代電子動(dòng)量譜儀的改造，2005年上半年成功研制了性能先進(jìn)的第三代電子動(dòng)量譜儀，其能量分辨率和角度分辨率分別達(dá)到1.2eV和1.9°，并具有入射能量在大范圍可調(diào)的特點(diǎn)，成為國際上綜合性能領(lǐng)先的一臺(tái)譜儀，為今后開辟新的研究方向提供了條件。在新的譜儀上，對(duì)若干樣品進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論研究。他們的研究主要成果在Physical Review Letters上發(fā)表。2005年還研制成功了我國第一臺(tái)極化電子源，主要性能指標(biāo)達(dá)到了國際同類儀器的先進(jìn)水平。
將原子分子測控科學(xué)中發(fā)展出來的新技術(shù)新方法，如分子雷達(dá)、單分子探測及分子光譜技術(shù)、光學(xué)相干CT技術(shù)、原子力顯微鏡等，與生命科學(xué)結(jié)合，發(fā)展了多種基于微區(qū)、超靈敏、高分辨的探測與成像手段，實(shí)時(shí)觀測活組織樣品（細(xì)胞）中特定成分（如信使物質(zhì)、蛋白質(zhì)等）的三維動(dòng)態(tài)分布，藉以研究在生理?xiàng)l件下微觀環(huán)境中粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與相互作用過程（如結(jié)合、分裂、折疊和相互作用引起的布朗運(yùn)動(dòng)、定向輸運(yùn)等）。還建立了將具有活細(xì)胞內(nèi)全息成像功能的分子雷達(dá)與光學(xué)相干CT結(jié)合為一體的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，它具有很高的分辨力，并能對(duì)活體內(nèi)不同層次信息鏈接作出實(shí)時(shí)的同步觀測。與生物學(xué)家合作開展了系列研究，如：活細(xì)胞內(nèi)的原位、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)生物過程；活細(xì)胞膜內(nèi)外生物分子間的相互作用；細(xì)胞間液中生理活性物質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化，等等。
3．核物理取得喜人成果
近年來，核物理專業(yè)在科研方面也取得很大的進(jìn)展，獲得包括“973”、杰出青年基金、國家自然科學(xué)基金、教育部博士點(diǎn)基金等多項(xiàng)資助，研究內(nèi)容包括原子核高自旋態(tài)的實(shí)驗(yàn)研究，原子核結(jié)構(gòu)的理論研究，中高能核物理的理論研究等。在原子核高自旋態(tài)研究方面，通過國內(nèi)外廣泛合作，在A～100豐中子核區(qū)核的集體振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)帶結(jié)構(gòu)、新的準(zhǔn)粒子帶特性、新手征二重帶等特性；在A～140豐中子核區(qū)核的八極形變及八級(jí)關(guān)聯(lián)等特性；在A～130缺中子核區(qū)核的形狀驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，包括橢形變帶、形狀共存等特性方面取得一些列成果。在原子核結(jié)構(gòu)理論方面，用相互作用玻色子模型、推轉(zhuǎn)殼模型、投影殼模型以及相對(duì)論平均場對(duì)原子核特進(jìn)行了研究；對(duì)原子核結(jié)構(gòu)或其他量子系統(tǒng)的各種對(duì)稱性和代數(shù)方法的研究，如動(dòng)力學(xué)對(duì)稱性、超對(duì)稱性、勢代數(shù)方法等；與對(duì)稱性緊密聯(lián)系的普通李代數(shù)和非線性李代數(shù)的表示研究，如普通李代數(shù)、李超代數(shù)、平方根型非線性李代數(shù)、多項(xiàng)式型非線性李代數(shù)等。在高能核物理方面，開展了包括量子色動(dòng)力學(xué)在高溫高密條件下的相變以及在相對(duì)論重離子碰撞中相變信號(hào)的研究等。在中子物理、核數(shù)據(jù)編評(píng)與計(jì)算等方面也取得可喜的成績。研究工作在國內(nèi)外一流刊物上發(fā)表論文數(shù)百篇，獲得包括國家自然科學(xué)獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)在內(nèi)的多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。
4.粒子物理理論在若干重要方向的研究位于國際前列
物理系的粒子物理與場論研究在上世紀(jì)八九十年代曾取得很好的成果。重夸克偶素方面的系列研究獲得1989年首屆吳有訓(xùn)物理獎(jiǎng)及國家教委科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)（1987年）和一等獎(jiǎng)（1994年）。1992年糾正前人錯(cuò)誤，首次嚴(yán)格證明了廣泛用于探索各類電弱破缺機(jī)制和簡化理論計(jì)算的等價(jià)定理。成果發(fā)表在Physical Review Letters上，這是“文革”后清華的博士論文工作首次在此雜志上發(fā)表。之后他們又證明了更廣泛有效拉氏量理論的等價(jià)定理，使其可以真正用于對(duì)超出標(biāo)準(zhǔn)模型新物理的探索。在此基礎(chǔ)上，又全面分析高能對(duì)撞機(jī)上測量電弱有效拉氏量系數(shù)的二十多種實(shí)驗(yàn)的探測靈敏度，還探索通過TeV對(duì)撞機(jī)上頂夸克的產(chǎn)生探測并區(qū)分不同電弱破缺模型的辦法、電弱精確實(shí)驗(yàn)對(duì)模型參量的限制等，研究成果獲1999年教育部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。TeV物理方面的工作受到國際同行承認(rèn)和重視，論文被國際同行大量引用。主要從事粒子物理與場論研究的理論物理組的工作先后被三屆國際高能輕子光子會(huì)議大會(huì)綜述報(bào)告引用12次（其中介紹3次），并4次在國際會(huì)議做特邀報(bào)告。進(jìn)入新世紀(jì)，粒子物理面臨新的突破。歐洲核子中心CERN的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)LHC在2007年將開始獲取數(shù)據(jù)，國際直線對(duì)撞機(jī)ILC也在積極設(shè)計(jì)中。理論物理組加強(qiáng)了與LHC和ILC的實(shí)驗(yàn)結(jié)合的新物理探測的研究，進(jìn)一步發(fā)展了與具體模型無關(guān)的新物理效應(yīng)普遍探測的研究，發(fā)展了新的非微擾計(jì)算方法，從第一原理計(jì)算復(fù)合玻色子的有效相互作用強(qiáng)度。成果中有的已被國際有關(guān)實(shí)驗(yàn)室采納作為設(shè)計(jì)新實(shí)驗(yàn)的依據(jù)，有的已成為我國參加LHC合作的實(shí)驗(yàn)研究課題。2005年8月，鄺宇平院士發(fā)起并組織了全國的TeV物理工作組，已有來自國內(nèi)12個(gè)單位的40多位粒子物理學(xué)家參加，首次工作組會(huì)議于2005年12月在清華召開，選出了6位年輕教授作為召集人，工作組成員正在積極推動(dòng)我國TeV能區(qū)物理的研究。
5、高能天體物理發(fā)展迅速
2001年，天體物理中心成立，它和中科院高能物理研究所等單位承接了“天體高能輻射的空間觀測與研究”973項(xiàng)目，在完成“973”項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，2005年10月，清華大學(xué)天體物理中心和中科院高能所及航天科技集團(tuán)公司五院聯(lián)合研制的民用航天空間科學(xué)背景型號(hào)“硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡HXMT衛(wèi)星工程”項(xiàng)目在京通過評(píng)審。背景型號(hào)階段的主要任務(wù)是完成衛(wèi)星總體和有效載荷的詳細(xì)方案設(shè)計(jì)，為明年衛(wèi)星進(jìn)入初樣研制打下基礎(chǔ)。
天體物理中心開出了天文與天體物理一系列課程，并利用中心的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡給學(xué)生實(shí)踐的機(jī)會(huì)。目前從事研究的本科生和研究生超過40位，每年都有20篇以上以學(xué)生為主的高質(zhì)量的論文在國際一流天體物理刊物上發(fā)表，學(xué)生并出席在國際學(xué)術(shù)會(huì)議做報(bào)告或poster，在國內(nèi)外產(chǎn)生了很好的影響。2003年，一項(xiàng)關(guān)于伽瑪射線暴的工作被國際上專門報(bào)道科技新聞的周刊《New Scientist》做專題報(bào)道。2005年也有一篇關(guān)于星系紅移的文章被國際科普雜志專門報(bào)道。
天體物理學(xué)科建立后，先后購置安裝了兩臺(tái)天文望遠(yuǎn)鏡。一臺(tái)40公分望遠(yuǎn)鏡安裝在物理系由舊氣象臺(tái)改建的天文臺(tái)頂層，供教學(xué)和清華大學(xué)天文愛好者協(xié)會(huì)使用。2003年11月，天體物理中心斥資140多萬元從德國購置了一架內(nèi)地高校孔徑最大（80厘米）、性能優(yōu)良的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，并將其定名為“TNT”（Tsinghua-National Astronomical Observatories-Telescope）。“TNT”設(shè)備被安置在燕山主峰南麓國家天文臺(tái)的興隆觀測站中，擔(dān)負(fù)著搜尋觀測超新星、伽馬射線暴余輝、活動(dòng)星系核和變星等現(xiàn)象的重要任務(wù)。2005年12月，天體物理中心先后在UGC 4414星系和UGC 4798星系中發(fā)現(xiàn)兩顆超新星。
6、量子信息學(xué)科建設(shè)已初具規(guī)模
量子信息科學(xué)，作為一門富有潛力的新興學(xué)科，正日益受到科學(xué)界、工業(yè)界的廣泛重視。因此我們籌建量子信息研究室，我們的目標(biāo)是抓住機(jī)遇，依托物理系量子信息與測量教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究力量，利用精密線性光學(xué)器件，爭取在國際上首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)光子－光子間高精度的邏輯操作。利用高亮度糾纏原，展開基于光子糾纏對(duì)的遠(yuǎn)距離量子加密術(shù)以及量子態(tài)隱形傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)研究。與此同時(shí)，研究利用冷原子氣體存儲(chǔ)糾纏態(tài)的可能性。目前，量子通訊和量子計(jì)算理論和實(shí)驗(yàn)研究團(tuán)隊(duì)已初具規(guī)模。量子信息實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)建設(shè)工作也基本完成；主要大型儀器的采購與調(diào)試，包括：激光器，聲光調(diào)制器，單光子探測器，光譜分析儀，精密光學(xué)元件與調(diào)節(jié)；完成與完善了原子系綜實(shí)驗(yàn)方案，遠(yuǎn)距離自由空間量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)方案。目前量子信息、量子通訊學(xué)科已經(jīng)在校內(nèi)外招收研究生。
回顧過去，80年功績卓著；展望未來，我們有信心在新世紀(jì)再創(chuàng)輝煌。當(dāng)前我們正擔(dān)負(fù)著建設(shè)世界一流大學(xué)物理系的重任，面對(duì)國內(nèi)外的挑戰(zhàn)，我們將在保持自身特色、繼續(xù)鞏固優(yōu)勢的同時(shí)，進(jìn)一步調(diào)整學(xué)科整體布局，集中資源，重點(diǎn)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)研究，提升硬件水平，促進(jìn)物理與材料、信息、生命等學(xué)科的交叉與融合，改善整體環(huán)境，同時(shí)加速向一流研究型大學(xué)物理人才培養(yǎng)和物理教學(xué)模式的轉(zhuǎn)化，在研究和教育水平上向世界一流大學(xué)物理系逼近，為早日實(shí)現(xiàn)物理系的長遠(yuǎn)目標(biāo)而不懈努力。
