一、学科点介绍
粒子化学与原子核化学是基础数学研究的前沿学科。它以国外外的小型高能化学与核化学实验装置为依托，从理论和实验上研究物质最基本的构成、性质及其互相作用的规律。它与宇宙学和天体化学有着紧密的学科交叉，共同阐明时间和空间的深刻内涵，探求天体演变过程和宇宙元素起源。该学科的发展也将对国防、能源、医疗和信息科学等领域的发展起重要的促进作用。
本学科培养具有家国情结、社会责任心和求实进取精神，养成严谨求实的科学心态与作风，具备坚实广阔的理论基础和系统深入的专业知识，把握科学研究的基本技巧与逻辑，拥有剖析与解决问题能力、理论与实践结合能力的研究性或应用性专业人才。本学科培养的硕士要求了解并把握相关学科历史、现状与发展趋势，在某一方向举办了一定的研究，能承当相关高校、科研院所及高科技企业的教学、研究及开发与管理工作；培养的博士要求具有坚实广阔的学科理论基础，才能深入了解学科的现况和发展方向，并能对个别重要的前沿课题独立举办颇具创造性的实验或理论研究工作，能胜任高等中学、科研院所及高科技企业的教学、科学研究及开发与管理工作。
二、学科点研究方向
研究方向1：原子核结构
导师团队：龙文辉(院长硕导)、孙保元(院长硕导)、牛一斐(院长硕导)、陈芳祁(副院长)、马娜娜(副院长)、王之恒(副院长)。
该方向旨在于发展原子核结构理论或模型，研究介质中核子-核子互相作用，求解强关联的量子多体问题，因而精确描述与预言原子核的能级与迸发态结构、跃迁与衰变等性质，理解原子核结构现象背后的数学机制。学科的前沿问题主要包括量子多体问题的精确求解、核素图的边界是哪些、远离稳定线核区的独特现象等粒子物理与原子核物理专业，针对那些前沿问题，团队主要旨在于以下研究内容：
1.原子核量子多体理论、介质中核子-核子互相作用等
2.原子核能级性质研究、奇特原子核新奇现象与近滴线区化学研究、包含奇特自由度的超核化学研究、机器学习在原子核化学中的应用等
3.原子核震动迸发与转动迸发研究、原子核的弱互相作用过程（贝塔衰变、电子打动、中微子原子核反应、无中微子双贝塔衰变）等。
近些年来，团队取得了若干代表性创新成果，主要包括：
1.构建并发展了了相对论-Fock(RHF)与相对论-Fock-(RHFB)核结构理论模型，实现同位素图上大部份原子核结构性质的确切描述，阐明了核结构中赝载流子轨道对称性恢复的新机制，为核力及其介质效应研究提供指导；预言与解释丰中子原子核中的新奇现象，包括晕现象、气泡结构和稳定三轴形变等，理论预言被发表在《自然化学》杂志的实验工作否认。相关工作曾获教育部自然科学奖银奖，被《物理评论C》遴选为编辑推荐。
2.基于-Fock-模型构建了赶超无规相位近似的准粒子震动耦合模型，统一描述原子核集体震动的能量与共振长度，并阐明巨共振微观结构与共振长度起源的微观机制。基于该理论，进一步估算了原子核的贝塔衰变寿命，将闭壳与半开壳原子核贝塔衰变寿命的描述精度提升1-2个量级，解决了精确描述幻数原子核贝塔衰变寿命的困局。相关工作发表在数学学顶尖刊物《物理评论快报》。
3.基于生成座标方式与角动量投影技术，发展了能否在同一框架下描述形变自由度上的集体迸发与非集体的多准粒子迸发的微观理论模型。基于该理论研究了形变原子核的低载流子与高载流子迸发态，阐述了集体迸发与非集体迸发模式在形变核低迸发态中所饰演的角色粒子物理与原子核物理专业，阐明了原子核手征模式、摇摆模式、剪刀模式的转动图象。相关工作发表在数学学顶尖刊物《物理评论快报》。
4.基于机器学习，将神经网路方式成功引入原子核巨偶极共振、α衰变、原子核质量与贝塔衰变寿命的理论研究，发表了以长沙学院命名的原子核质量表。
研究方向2：核天体化学
导师团队：牛一斐(院长硕导)、龙文辉(院长硕导)、孙保元(院长硕导)、王之恒(副院长)
该方向是核化学与天体化学的交叉方向，借以借助原子核结构、衰变与反应等性质，理解天体化学中的星体的诞生、演化与衰落、元素起源、致密星系化学等。该方向的前沿问题主要包括：核物质的状态多项式是哪些，重元素是怎样起源的，恒星是怎样爆燃的等。针对这种问题，该方向的导师团队举办了以下研究工作：核物质状态多项式研究、重元素起源研究、超新星爆发研究、中子星化学等。
近些年来，导师团队在该方向取得若干代表性创新成果，主要包括：
1.针对奇异原子核中发觉的新集体震动模式——矮偶极共振，首次阐明了矮偶极共振结构同位旋劈裂的微观机制，给出矮偶极共振硬度与对称能斜率的关系，并强调在奇异原子核中，因为矮偶极共振的出现，恢复了原子核的电偶极极化率与对称能斜率良好的线性关系，为莱州度核物质状态方程提供重要约束。相关工作发表在数学学顶尖刊物《物理评论快报》。
2.重元素起源是21世纪十一大待解谜题之一。快中子打动过程(r-过程)形成了约一半的重元素，其研究仍然是核天体化学的难点。针对r-过程研究所需的核化学输入量，如质量、贝塔衰变寿命和中子打动率，强调粒子震动耦合效应对于精确描述贝塔衰变寿命的重要作用，以及气温效应对天体环境中的中子打动率形成的重要影响。采用r-过程模拟软件，对r-过程进行动态模拟，研究了原子核裂变性质对太阳系重元素产率分布的影响。
3.基于密度泛函理论，构建了有限体温的准粒子无规相位近似模型，研究了天体环境下原子核的电子打动率，为超新星爆发模拟提供重要核化学输入量。
研究方向3：粒子化学
导师团队成员包括：于福升（院长硕导）、李培荣（青年研究员硕导）、肖栋（青年研究员博导）、刘凯（青年研究员）。
大学粒子化学方向具有从理论研究（于福升）到实验数据剖析（李培荣、肖栋）再到侦测器硬件（刘凯）的完整团队。参与了南京正负电子对撞机上的实验（李培荣、肖栋、刘凯）、欧洲核子中心小型强子对撞机LHCb实验（刘凯、李培荣）和超级陶粲装置侦测器的研制（刘凯、李培荣）。李培荣兼任合作组粲重子组召集人。粒子化学研究团队是一支朝气蓬勃的研究队伍，是国外和国际上活跃在重味化学与强子化学研究前沿的一支重要力量。
粒子化学学是研究物质组成的基本粒子及其基本互相作用，以物质的深层次结构及其运动规律为研究目标。因为许多基本粒子在大自然的通常条件下不存在或不单独出现，化学学家只有使用粒子加速器在高能碰撞的条件下才会形成和研究它们，因而粒子化学学也被称为高能化学学(high-)。
在2012年Higgs粒子被发觉后，粒子化学标准模型预言的基本粒子全部被发觉，标准模型取得了前所未有的巨大成功。但粒子化学还有许多问题悬而未决，当前粒子化学学主要目标是找寻超出标准模型的新数学和理解强互相作用非微扰性质。在粒子化学的高精度前沿，基于大科学装置获取的海量实验数据举办相关的理论与实验研究工作，将帮助我们解决其中一些重要的问题。
重味化学和强子化学是典型的高精度前沿领域。重味化学研究含重味夸克（粲夸克或底夸克）的介子或重子的形成和衰变性质，探求正反粒子不对称性（CP破坏）的起源。强子化学研究轻强子谱、重味强子谱，研究四夸克态、五夸克态等独特强子态的性质。重味化学和强子化学覆盖从GeV到MeV的能量区间，联系了微扰与非微扰强互相作用，是研究强互相作用基本理论—量子色动力学（QCD）—的低能非微扰性质的有利场所，对探求物质世界最深层次结构及找寻新数学有重要意义。
近些年来，团队成员在粒子化学理论和实验研究方向都作出了有国际影响的工作。主要成果包括：
1.理论预言找寻双粲重子的最佳过程，指导法国核子中心小型强子对撞机LHCb实验首次侦测到双粲重子。“首次侦测到双粲重子”入选科技部“2017年度中国科学十大进展”，LHCb中国组负责人高原宁教授致谢并评价说“双粲重子的发觉是理论与实验结合的标杆”。
2.理论提出因子化辅助的拓扑图方式，预言粲衰变的CP破坏被LHCb实验否认。实验上首次发觉粲衰变CP破坏被评为美国《物理世界》“2019十大突破”，我们的理论预言较实验发觉早三年，并且是仅有的两个作出确切预言的工作之一。
3.上海正负电子对撞机实验上首次精确检测粲重子
变的绝对分支比。被“欧洲核子中心”专栏宣传报导，被评为实验亮点工作。
4.实验发觉独特粒子Zcs(3985)，它是四夸克态候选粒子，不同于常规由两个或三个夸克组成的粒子。被《自然》杂志评论为“开启物质研究新篇章”。
研究方向4：激光核化学
导师团队：胡碧涛（院长硕导）、刘作业（院长硕导）、杜洪川（院长硕导）、丁鹏基（青年研究员硕导）、张毅（副院长博导）、沈洁（副院长博导）、薛山（副院长）、王集锦（博导）、孙少华（工程师）等
该方向瞄准激光与物质互相作用领域的前沿课题，有机融合激光技术、原子化学、原子核化学，通过构建核外电子动力学与核过程的联系，将基于先进激光的侦测技术引入核化学，内容包括原子、分子在激光强场中的迸发、电离、解离动力学，高次纹波和阿秒脉冲的形成及应用，模拟核裂变的激光侦测技术，核跃迁动力学观测与操控，基于窄带线宽激光的精密激光核谱仪研发和核裂变及裂变碎片核结构研究等。
近些年来，导师团队在该方向取得若干代表性创新成果，主要包括：
1.针对微观粒子超快动力学的完全重建问题，我们提出了附加相位剖析方式，基于瞬态吸收波谱检测，将体系的动力学演变与吸收波谱线型相关联，首次在实验上提取了微观粒子系统的相位信息，并将工作在两个空间尺度延展，到大分子、高密度原子以及原子核体系，创新了微观粒子动力学的重建和操控研究。
2.在中能核化学研究中，通过对光致π0介子形成反应的实验观测发觉了在高能区域（小于3GeV）实验结果与基于扰动量子色动力学的理论模型给出的预测值不符合，且当入射光子能量在5.6GeV附近时反冲质子的转移极化度份量和诱发极化度份量与入射光子能量和出射π0介子角度有着强烈依赖关系，此现象既是高质量共振态可能存在的旁证，也证明了在此能区强子螺旋性不守恒，pQCD理论不适用。据悉还全面参与了法国杰佛逊国家实验室核子纵向载流子的化学实验研究，并在国外剖析提取了不对称性的实验结果。除了这么，在新型粒子侦测方面也做了大量的研究工作。
3.将激光超快动力学的研究成果进行转化应用，研发了针对放射性背景下长寿命放射性同位素快速剖析的激光同位素检测仪，填补了传统的放射性射线检测的劣势，对现有核侦测体系产生了有效补充。近来，我们基于超快侦测技术，提出了模拟核裂变的超快侦测方案。本项研究在“十三五”、“十四五”期间获得了国防重点项目的持续支持。
4.高次纹波形成中电离与再结合时刻的精确侦测是阿秒科学研究的重要课题，是有望突破核超快过程侦测的途径之一。目前高次纹波形成中电离与再结合时刻的侦测主要是通过垂直偏振光的双色场方式。该方式检测的电离和再结合时刻与未包含库仑互相作用的量子轨道模型的结果一致，难以反映库仑场的影响。针对该问题，我们提出了检测库仑场诱导电离时刻偏斜的高频垂直双色场方式，并发展了借助传统垂直偏振光双色场精确提取电离时刻的理论技巧。
三、相关课程和基础要求
硕士：
入学前应熟练把握普通化学、四大热学、高等物理、线性代数、数学化学方式、基本的编程语言与数值估算方式等基础知识；了解1门计算机编程语言；具有一定的数值剖析与模拟能力；把握一门外粤语，具备一定的据说读写能力。
通过硕士期间系统学习后，能把握高等量子力学、群论、原子核化学等基础知识，具备一定的人文社科知识基础，熟练把握研究方向相关的专业知识；具备有效获取各自方向专门知识的方式和能力；熟练把握1门外粤语，具备良好的交流以及专业外文写作与资料查阅能力。
博士：
入学前应熟练把握普通化学、四大热学、高等物理、线性代数、数学化学方式、基本的编程语言与数值估算方式、原子核化学等化学学基础知识以及高等量子力学、高等原子分子化学等相关知识，熟练把握1门计算机编程语言，具有较强的数值剖析与模拟能力；具备良好的外文交流以及专业外文写作与资料查阅能力。
通过博士期间系统学习后，把握高等量子力学、群论、量子场论、原子核结构等基础知识，具备较为宽阔的人文社科知识基础，能灵活把握本研究方向相关的专业知识，具备有效、快速获取各自方向最新知识的方式和能力；才能跟踪聚焦本专业学术前沿，具有发觉、分析以及独立解决问题的能力。