围绕暗物质实验探测和中微子性质测量，开展包括深地液氙探测实验PandaX，江门中微子实验JUNO，高空气球实验GAPS等多种实验研究。
深度参与大型国际合作实验，包括欧洲核子中心 ATLAS 实验，美国费米实验室的Muon g-2实验，和未来的高能正负电子对撞机实验预研等。开展希格斯、多玻色子、顶夸克、缪子物理及超出标准模型新物理研究。牵头组织暗光子实验、缪子源等特色项目，同时聚焦核心探测技术攻关，研发硅径迹探测器、基于粒子流算法的量能器、缪子探测器及应用等，依托国际大科学实验平台，开展前沿基础研究与关键探测技术研发。
原子核结构理论，包括极端条件下原子核的性质、壳模型、随机相互作用下的核结构、平均场理论等；重离子碰撞理论，包括重离子微观输运理论、中高能重离子碰撞及核物质的状态方程、极端相对论重离子碰撞与QCD相变等；核天体物理，包括宇宙中元素的合成机制、中微子在天体过程中的作用、致密星体（包括中子星和夸克星）、超新星爆发、双星并合引力波等。
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