粒子化学新数学和强相互作用数学基本问题研究：针对粒子化学标准模型存在的问题，围绕小型强子对撞机（LHC）实验对标准模型进行扩展。 通过深入研究各种理论模型，包括：超弦现象学理论、超对称大统一模型、超对称标准模型、双希格斯双峰模型、左右对称模型，并力争在LHC等实验上检验这个模型。 同时，发展和提出能够解释新实验结果的新模型和新理论，解决粒子化学相关的基本问题。 紧密结合国内外一些小型科学装置，探索丰富多彩的QCD强相互作用和各种材料结构及相关基础问题。
粒子宇宙学中暗物质本质与重子物质起源研究：开展暗物质模型结构、暗物质产量起源与演化、暗物质与重子物质相互作用、暗物质与重子物质相互作用、实验探测等研究暗物质。 此外，还将研究各种新数学模型中的电弱相变、宇称电荷共轭对称性的破缺、轻子数破坏引起的重子数的形成等，以解释宇宙中物质与物质的关系。 反物质的起源。
初始宇宙暴胀模型及暗能量性质研究：重点研究初始暴胀模型的构建，探索原始曲率扰动的形成机制，特别是曲率扰动分布的非高斯性质； 充分利用最新的天文观测数据理论物理学最新进展，研究暗能量状态参数的相关性和特征性质，进行参数化，给出更加合理且自洽的暗能量状态多项式，构建暗能量唯象模型，区分暗能量暗能量模型和修正引力模型，从基本自洽引力理论出发，了解暗能量的起源和性质。
引力论和共形场论相关的基础数学问题研究：研究引力的本质、量子引力理论、引力理论与热力学、流体热力学的关系，把握引力在低能量子色动力学和收敛性中的全息本质化学应用研究。 利用这个比率来研究低能色动力学的性质，例如手性相变、约束相变、色超导和夸克-胶子等离子体理论物理学最新进展，以及收敛化学中的一些现象，例如低温超导、Ho摩尔效应、KT相变、奇异金属、费米液体、非费米液体、拓扑绝缘体、冷原子体系等。预计在低温超导机理和物质拓扑态理论及相关低温-能量量子色动力学自然研究取得突破。
生命科学启发的几个理论问题：结合解析解、计算机分子模拟、统计数据挖掘等多种理论研究方法，研究实际生物系统的作用机制，同时发展相关研究方法。 开展分子机器机理研究，包括生物膜自组装、酶分子机器动力学、膜嵌入分子机器（离子泵、线粒体能量分子鞋工厂）、神经冲动、肌肉和细胞运动等。利用植物迁移过程中神经系统对弱磁场方向识别的量子敏感性，研究自由基反应的量子化学，从而实现物理动力学、光物理、磁共振和自由基物理化学的交叉综合实现跨领域研究。 新突破。
复杂系统和统计数学的基本问题：研究复杂系统和有限系统的相变和临界现象； 研究统计数学在社会学中的应用。 研究载片玻璃和玻璃动力学的统计数学理论及其在跨学科领域的应用，利用理论与计算机模拟相结合的方式对随机组合优化问题、随机搜索算法和统计数学理论基础上的相变现象进行深入研究关于信息传输算法、神经网络中的分布式学习机制等。
收敛化学体系中拓扑量子估计实现的理论研究：利用密度矩阵重正化群或严格对角化技术检验费米子场论的非酉符合性，得到p波成对平均场能级波函数和准粒子波函数，构建素分数量子霍尔边缘态的微观理论。 结合分数量子霍尔系统来估计二维希特拓扑爆发，开发了一种可靠的估计方法来研究无序对拓扑态的影响。 对于拓扑量子估计，我们将考虑二维量子反常霍尔效应系统中超导体的接触效应诱导非阿贝尔任意子。 同时，开展低温超导和量子相变机理的理论研究，加强铜酸盐超导体和铁基超导体中的反铁磁涨落和磁爆发。 定量研究两者之间的耦合效应及其对超导性能的影响。
量子化学/原子、分子和光化学基础问题：研究与量子探测密切相关的微观系统的量子控制，如何部分提取信息并优化接近目标的时间演化。 在量子水平上研究热力学循环和量子热机，并结合通用量子来估计化学极限。 在未来信息方面，探索如何将各种量子系统相干耦合，生成相干套接字，在量子态层面完成不同类型能量和信息的传输和交换。 研究人工光合作用的机理，从而设计具有高效光电转换仿生功能的固体人工构件。 研究光场的量子特性对光合作用的影响，并考虑相干光引起的相干爆发，探索提高光电转换的新的可能途径。 基于冷原子/分子系统进行量子模拟，研究圆柱对称势阱中偶极子旋量BEC的量子磁性和宏观磁矩隧穿、双阱中偶极子BEC的塌缩态以及宏观量子叠加态，使用偶极量子二氧化碳在光学晶格中模拟各种量子载流子系统及其量子态的传输。 进行与固态系统的量子光学和光机械系统相关的研究。 探索单个原子或负离子光电过程的基本规律，包括研究外部电磁场或微观结构对原子或负离子光吸收过程的影响，即回归光谱、影响的研究各种微腔对原子自发辐射过程和双中心体系光电过程的影响。 过程量子干涉研究。