Ключевые направления исследований на основе материалов РАН можно сформулировать следующим образом [1].

Будут продолжены фундаментальные исследования колебательных и волновых систем и процессов, используемых для создания новых систем генерации, преобразования и регистрации электромагнитных волн, а также использование новых систем для диагностики окружающей среды.

Отдельный междисциплинарный интерес вызывают фундаментальные исследования в области современной оптики, фотоники и лазерной физики, в том числе вопросы создания новых лазерных генераторов и исследования взаимодействия лазерного излучения с веществом.

Во всем мире в перечень приоритетных направлений входят исследования в области физики экстремальных световых полей и экстремального состояния вещества, в первую очередь по проблемам создания рекордно мощных источников излучения с уникальными параметрами (в том числе рентгеновского и терагерцевого, аттосекундных импульсов, с использованием пучков заряженных частиц) и их приложений.

Технологический прорыв ожидается в интегральной, волоконной и адаптивной оптике, где особой задачей является миниатюризация оптических элементов и совмещение их с электронными компонентами. Новые инструменты фотоники станут основой методов оптической диагностики веществ со сверхвысоким пространственным, временным и энергетическим разрешением.

Приоритетом является создание новых источников энергии, в том числе на основе управляемого ядерного синтеза, а также по разработке новых методов генерации интенсивных потоков ускоренных частиц и электромагнитного излучения.

Направления исследований.

Ядерная физика:

• Исследования на Большомадроном коллайдере. Обнаружение новых элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий на сверхмалых расстояниях. Детальное исследование кварк-глюоннной плазмы
• Исследование острова стабильности сверхтяжелых элементов
• Исследование механизмов образования и распада сверхплотной ядерной материи в столкновениях релятивистских ионов
• Измерение космических потоков нейтрино высоких энергий, обнаружение их источников.

Физика конденсированных сред:

• Исследование фундаментальных свойств и разработка методов синтеза, в том числе с использованием эффектов самоорганизации, наноструктур, наноматериалов и нанокомпозитов
• Разработка подходов и принципов для создания полупроводниковых спинтронных устройств (спиновых транзисторов, квантовых спиновых ключей)
• Создание технологии и технологического оборудования для проекционной нанолитографии с пространственным разрешением 10-20 нанометров
• Создание элементной базы и реализация твердотельных вариантов квантового компьютера и устройств квантового кодирования
• Проблема сверхпроводимости при комнатной температуре.

Оптика и лазерная физика:

• Создание новых технологий и устройств для обработки и хранения информации
• Разработка мощных полупроводниковых лазеров для диодной накачки систем лазерноготермояда с экономической эффективностью, превосходящей системы с ламповой накачкой
• Создание лазеров и усилителей нового поколения отгамма до терагерцового диапазона
• Создание лазеров сверхкоротких импульсов излучения (10^-15 с и короче) и их внедрение в научные исследования и технологию.

Радиофизика и электроника, акустика:

• Разработка новых методов генерации и приема когерентного и широкополосного излучения микроволнового и терагерцового диапазонов длин волн, в том числе на основе наноструктурированных сред и фотонных кристаллов
• Создание элементной базы терагерцового диапазона
• Создание спектроскопии высокого разрешения в диапазоне электромагнитных волн от микроволнового до ближнего ИК с приложениями в химии, биологии, медицине, экологии, диагностике технологических процессов.
• Создание гамма-лазера и мощных усилителей гамма-излучения.

Физика плазмы:

• Осуществление управляемого термоядерного синтеза в режиме самоподдерживающегося горения в установках с магнитными удержанием плазмы типа токамак
• Эксперименты по инерционному термоядерному синтезу, создание эффективных термоядерных мишеней
• Разработка альтернативных токамакам систем управляемого термоядерного синтеза с магнитным удержанием, источников нагрева плазмы и методов ее диагностики
• Разработка плазменных технологий для создания новых, в том числе композиционных, материалов с заданными физико-химическими свойствами.

Астрономия и исследование космического пространства:

• Развитие космологической модели, объясняющей природу темной массы и темной энергии
• Высокоточное определение шкалы расстояний в Галактике методами интерферометрии.

[1] Использовано: Программа фундаментальных научных исследований в Российской Федерации на долгосрочный период (2021 — 2030 годы). Утверждена распоряжением Правительства РФ от 31 декабря 2020 г. № 3684-р; План фундаментальных исследований РАН на сайте РАН: https://www.ras.ru/scientificactivity/planrf.aspx