粒子化學新數學和強相互作用數學基本問題研究：針對粒子化學標準模型存在的問題，圍繞小型強子對撞機（LHC）實驗對標準模型進行擴展。 通過深入研究各種理論模型，包括：超弦現象學理論、超對稱大統一模型、超對稱標準模型、雙希格斯雙峰模型、左右對稱模型，并力爭在LHC等實驗上檢驗這個模型。 同時，發展和提出能夠解釋新實驗結果的新模型和新理論，解決粒子化學相關的基本問題。 緊密結合國內外一些小型科學裝置，探索豐富多彩的QCD強相互作用和各種材料結構及相關基礎問題。
粒子宇宙學中暗物質本質與重子物質起源研究：開展暗物質模型結構、暗物質產量起源與演化、暗物質與重子物質相互作用、暗物質與重子物質相互作用、實驗探測等研究暗物質。 此外，還將研究各種新數學模型中的電弱相變、宇稱電荷共軛對稱性的破缺、輕子數破壞引起的重子數的形成等，以解釋宇宙中物質與物質的關系。 反物質的起源。
初始宇宙暴脹模型及暗能量性質研究：重點研究初始暴脹模型的構建，探索原始曲率擾動的形成機制，特別是曲率擾動分布的非高斯性質； 充分利用最新的天文觀測數據理論物理學最新進展，研究暗能量狀態參數的相關性和特征性質，進行參數化，給出更加合理且自洽的暗能量狀態多項式，構建暗能量唯象模型，區分暗能量暗能量模型和修正引力模型，從基本自洽引力理論出發，了解暗能量的起源和性質。
引力論和共形場論相關的基礎數學問題研究：研究引力的本質、量子引力理論、引力理論與熱力學、流體熱力學的關系，把握引力在低能量子色動力學和收斂性中的全息本質化學應用研究。 利用這個比率來研究低能色動力學的性質，例如手性相變、約束相變、色超導和夸克-膠子等離子體理論物理學最新進展，以及收斂化學中的一些現象，例如低溫超導、Ho摩爾效應、KT相變、奇異金屬、費米液體、非費米液體、拓撲絕緣體、冷原子體系等。預計在低溫超導機理和物質拓撲態理論及相關低溫-能量量子色動力學自然研究取得突破。
生命科學啟發的幾個理論問題：結合解析解、計算機分子模擬、統計數據挖掘等多種理論研究方法，研究實際生物系統的作用機制，同時發展相關研究方法。 開展分子機器機理研究，包括生物膜自組裝、酶分子機器動力學、膜嵌入分子機器（離子泵、線粒體能量分子鞋工廠）、神經沖動、肌肉和細胞運動等。利用植物遷移過程中神經系統對弱磁場方向識別的量子敏感性，研究自由基反應的量子化學，從而實現物理動力學、光物理、磁共振和自由基物理化學的交叉綜合實現跨領域研究。 新突破。
復雜系統和統計數學的基本問題：研究復雜系統和有限系統的相變和臨界現象； 研究統計數學在社會學中的應用。 研究載片玻璃和玻璃動力學的統計數學理論及其在跨學科領域的應用，利用理論與計算機模擬相結合的方式對隨機組合優化問題、隨機搜索算法和統計數學理論基礎上的相變現象進行深入研究關于信息傳輸算法、神經網絡中的分布式學習機制等。
收斂化學體系中拓撲量子估計實現的理論研究：利用密度矩陣重正化群或嚴格對角化技術檢驗費米子場論的非酉符合性，得到p波成對平均場能級波函數和準粒子波函數，構建素分數量子霍爾邊緣態的微觀理論。 結合分數量子霍爾系統來估計二維希特拓撲爆發，開發了一種可靠的估計方法來研究無序對拓撲態的影響。 對于拓撲量子估計，我們將考慮二維量子反常霍爾效應系統中超導體的接觸效應誘導非阿貝爾任意子。 同時，開展低溫超導和量子相變機理的理論研究，加強銅酸鹽超導體和鐵基超導體中的反鐵磁漲落和磁爆發。 定量研究兩者之間的耦合效應及其對超導性能的影響。
量子化學/原子、分子和光化學基礎問題：研究與量子探測密切相關的微觀系統的量子控制，如何部分提取信息并優化接近目標的時間演化。 在量子水平上研究熱力學循環和量子熱機，并結合通用量子來估計化學極限。 在未來信息方面，探索如何將各種量子系統相干耦合，生成相干套接字，在量子態層面完成不同類型能量和信息的傳輸和交換。 研究人工光合作用的機理，從而設計具有高效光電轉換仿生功能的固體人工構件。 研究光場的量子特性對光合作用的影響，并考慮相干光引起的相干爆發，探索提高光電轉換的新的可能途徑。 基于冷原子/分子系統進行量子模擬，研究圓柱對稱勢阱中偶極子旋量BEC的量子磁性和宏觀磁矩隧穿、雙阱中偶極子BEC的塌縮態以及宏觀量子疊加態，使用偶極量子二氧化碳在光學晶格中模擬各種量子載流子系統及其量子態的傳輸。 進行與固態系統的量子光學和光機械系統相關的研究。 探索單個原子或負離子光電過程的基本規律，包括研究外部電磁場或微觀結構對原子或負離子光吸收過程的影響，即回歸光譜、影響的研究各種微腔對原子自發輻射過程和雙中心體系光電過程的影響。 過程量子干涉研究。