| 冷原子物理 | 冷原子物理涉及到物质奇异的量子特性，在精密物理测量以及量子信息等领域具有广泛的应用。近二十年来，冷原子物理一直是国际物理学的前沿与交叉研究领域。中科院武汉物理与数学研究所是国内较早开展冷原子物理研究的单位之一。依托于中科院武汉物理与数学研究所、上海光学精密机械研究所的中科院“冷原子物理中心”已经成为了我国开展原子分子物理基础及应用研究的实验基地。 本方向开展玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）、超冷玻色－费米混合气体、单原子量子调控、基于原子的精密测量等理论和实验研究。 近年来，实现了红失谐和蓝失谐光阱中单原子的激光囚禁和原子阵列的旋转；通过激光操控一个铷-87原子和一个铷-85原子，在微米尺度的光阱中实现了两个异核原子的受控冷碰撞，获得了铷-85和铷-87原子基态碰撞损失速率目前最为精确的数据；研制成功喷泉式高精度原子干涉仪（简称十米原子干涉仪），为开展更高精度的等效原理检验实验提供了精密测量平台，该平台是目前国际上仅有的两台大型喷泉式原子干涉仪之一（另一台在美国斯坦福大学）；提出并实现了一种四频双衍射拉曼冷原子干涉方案，用铷-85和铷-87两种原子干涉仪完成了微观世界的比萨斜塔实验，通过测量两种原子重力加速度来检验弱等效原理，实验精度达到10-8，实现了微观粒子等效原理迄今为止最精确的实验检验。积累了一批技术和人才资源，建成了在国际上占有一席之地的冷原子物理研究团队，为我国冷原子物理、技术和应用研究做出了重要贡献。 |
| 原子分子超快过程 | 本方向主要研究超快强光场下原子分子物理新现象和新效应；基于超快光场的原子分子过程实时精密探测及操控；以及外静电磁场下的原子高激发态的光谱特征及动力学行为。 本方向具有很好的研究基础和结构合理的研究队伍，拥有开展外场原子分子过程研究的先进实验平台，包括自主研制的飞行时间光电子能谱仪、电子-离子关联动量谱仪、瞬态吸收光谱仪、强外场原子光谱测量设备以及多台飞秒及纳秒激光器系统。近年来研究团队围绕飞秒强光场与原子分子的相互作用及操控开展了较系统的研究工作并取得了一些有影响的研究成果，发现了强飞秒光场原子光电离电子能谱中的新奇低能电子结构并阐明了其背后物理机制，提示了分子初态结构及双核干涉效应对双原子分子光电子发射的影响，利用椭圆偏振光场对电离电子波包的超快调控，以及利用飞秒光场实时探测了系列多原子分子光化学过程中的量子态演化动力学。 |
| 精密测量物理 | 精密测量物理是交叉学科，物理量测量值的有效数字每提高一位，往往预示着物理效应或自然规律新的发现和认识，现代物理学就是在不懈地追求精密中发展起来的。原子/离子光钟具有非常高的频率测量精度，适合于研究精细结构常数可能的变化。 本方向的研究内容包括精细结构常数测量、超稳激光与精密电子技术、精密谱理论方法等。通过高精度时间与频率基准比对，测量精细结构常数α随时间的变化；检验光束的各向异性等。开展基于超稳激光器及超高分辨激光光谱的洛伦兹不变性的实验检验。研制高稳定、高精细度光学谐振腔和激光系统。发展精密谱理论方法，开展束缚态量子电动力学及少电子轻原子，简单分子体系高精度谱计算，以及相对论全阶多体微扰理论及重原子（离子）结构精确计算；开展原子体系的光谱的精密测量实验。 近年来，在国内实现了单钙-40离子的冷却和囚禁，并实现了光频标的锁定和钙-40离子钟跃迁频率的测量，成功研制出两台钙离子光频标并完成频率比对，表明两台光频标的精度和频率稳定度均达到10-17，相当于6亿年不差1秒，该项工作使得钙离子成为继汞离子（美国NIST），铝离子（美国NIST）, 镱离子（英国NPL/德国PTB）和锶离子（英国NPL/加拿大NRC）离子之后不确定度达到了10-17水平的第五种离子光频标；基于GPS系统的超高精度远程光频绝对值测量方案，实现了钙离子光频跃迁频率绝对值的进一步测量，该钙离子光频标的绝对频率测量数据再次被国际时间频率咨询委员会会议(CCTF20)采纳，对修改钙离子光学标准频率做出了新的贡献。 |
| 原子频率标准原理与技术 | 原子频率标准(简称为原子频标)是以原子跃迁频率为参考得到的标准频率和时间输出系统。 本研究方向围绕国家时间体系建设、国家重大工程建设和科学研究对高精度原子频标技术的需求，开展原子频标应用基础和高技术创新研究，致力于解决原子频标原理和技术问题，培植原子频标核心竞争力，提高我国原子频标设计、工艺、可靠性和试验水平。研究领域包括高性能铷原子频标、囚禁离子光频标、冷原子光频标、CPT原子频标、囚禁离子微波频标等。承担了973、863、国家基金重大、国防工程、国防预研等大批国家任务。建立了国内唯一的省部级原子频标专业实验室——中国科学院原子频标重点实验室，形成了一支人员年龄、知识结构合理的研究队伍，具备国内一流的研究条件。自主研制了我国第一代空间原子频标——高性能铷原子频标、第一台光频标——钙离子光频标、第一台小型化CPT频标和第一台汞离子微波频标原理样机。 高性能铷原子频标、CPT频标的性能指标达到国际先进水平。突破了与铷原子钟精度、小型化、长寿命、可靠性和卫星环境适应性相关的一系列关键技术，利用具有完整的自主知识产权的技术，研制出达到世界先进水平的星载铷钟工程样机，实现了在北斗卫星上的批量应用，为北斗系统完成亚太地区组网并提供区域服务做出了重要贡献，研究成果曾获国家技术发明二等奖、国家科技进步特等奖。初步形成了“应用一代、研制一代、探索一代”的发展格局。培养了一批原子频标专业研究人才，形成了国内不可替代和具有一定国际影响的原子频标研究基地和人才培养基地。 |
| 磁共振理论及实验方法 | 本方向结合无线电技术、当代核磁共振波谱学、射频电子学、计算机及自动控制等领域的最新技术，来提高磁共振灵敏度、优化采样方法、增强探测效率，为物理、化学、生物和医学研究提供磁共振理论方法和实现技术的支持。 本方向所依托的波谱与原子分子物理国家重点实验室、国家大型科学仪器武汉磁共振中心等国家和省部级科研平台，拥有以850MHz谱仪为核心的、国内规模最大的磁共振研究平台。在方法学研究和仪器自主研制等方面发挥了国家大型科学仪器平台作用：曾自主研制出世界上频率最高、微波功率最大的动态核极化谱仪（DNP）；在国际上首次报道了脉冲傅里叶变换的次谐波核磁共振现象、稀薄氙气体的氙-129激光增强核磁共振信号；发展了拉曼磁共振波谱学；揭示了磁共振实验中辐射阻尼效应这一基本物理现象的本质；建立的生物核磁共振溶剂（水）峰抑制方法（W5）和水下峰信号的获取方法（RECUR）；发展了一系列用于蛋白质侧链动力学测定方法、活体内ATP合成速率的测定方法、生物分子扩散和相互作用的研究方法（DMSE）等。其中部分方法和技术已被主要磁共振谱仪厂商(Bruker, Varian)作为标准方法提供给用户。 |
| 量子光学与原子光学 | 本方向以光与原子的相互作用为导向，开展量子光学与原子光学理论、方法和应用研究。包括冷原子量子相干特性、原子干涉仪及应用、原子芯片、量子信息、基于原子体系的量子仿真、量子计算。 本方向在国内独具特色和优势，冷原子干涉仪及应用研究方面处于全国领先地位。经过多年积累，取得了一系列高水平科研成果：研制成功小型冷原子重力仪，利用原子重力仪实现对固体潮的连续观测；将冷原子干涉仪应用于重力及重力梯度精密测量，取得了标志性阶段成果；发展了一系列具有自主知识产权的关键技术，为进一步研制实用化的冷原子重力（梯度）仪，促进技术转化奠定了技术和知识产权基础；设计研制的高精度原子重力仪参加了2017年国际绝对重力仪比对；利用光-原子相干操控技术，通过里德堡阻塞实现了两同位素原子纠缠，为实现中性原子量子逻辑门奠定了基础。 |
| 原子分子物理理论 | 本方向包括量子多体和少体问题、原子分子与外场相互作用、电子强关联、量子信息等诸多研究课题。这些问题一直是原子分子物理的重点研究内容，对凝聚态物理、冷原子实验物理、精密测量、量子信息等领域有着至关重要的作用。 本方向为实验研究提供强有力的理论支持，有利于发展与世界接轨的理论平台，从而更好地根据实验需求发展理论以及用理论结果来指导实验。 近期研究了量子临界性、新物相及其普适律等，部分理论研究结果得到了国际知名实验物理学家的验证，多项理论研究得到了国际认可，应邀在《现代物理评论》、《物理学进展》等杂志发表综述文章，为我国冷原子分子物理理论发展做出了重要贡献。研究团队为理论和实验提供了紧密结合的完整链条，有力推动了实验技术的发展。 |
