未來五年，本中心理論成員將會繼續和國家理論中心、和中央大學數學與理論物理中心作密切的整合。在本計畫的支持之下，我們預計在未來三到五年納入更多的國內高能物理現象學及重力理論的優秀研究學者。常態邀請國際知名理論學者來訪，與理論或實驗成員互動、交流合作，將是未來推動的重點工作之一。此研究群未來五年在現有的研究方向下的目標包括：
(一) 高能物理現象學：本中心將朝四個大方向推動。(一)透過精密測量希格斯粒子與規範玻色子和費米子之間的耦合，研究電弱對稱破壞。目前玻色子的實驗準確度約10%，而費米子仍有極大的實驗誤差。在未來五年這些實驗上的準確度將會大幅提升，因此，我們可以更進一步了解電弱對稱破壞機制。尋找其他希格斯粒子、稀有希格斯粒子衰變的測量、雙希格斯粒子、以及希格斯粒子與宇宙學的連結等等理論工作，都是研究重點。(二)在理論上，研究在LHC可能產生的暗物質訊號，以指引實驗學家尋找暗物質的新方向。(三)研究TeV的right-handed微中子，目前有些理論模型預測LHC將可探索此類的奇異粒子，因此，我們將進行更完備的理論工作，以及了解微中子和暗物質之間的連結關係。(四)目前有些實驗數據顯示「味道異常」的現象，例如異常的渺子磁矩、以及一些底夸克的衰變等。這些異常現象可能的解釋是：一個尚未被發現的重規範玻色子，在tree-level會有味道改變的耦合現象。LHC將有機會驗證這項理論的可能性，而我們也會在這方面的理論有所著墨。
(二) 重力理論：最近完成了Kerr-Newman黑洞的粒子對生成的分析計算，未來將進一步考慮更一般的黑洞背景，延伸目前研究到非進極端的黑洞是一個研究課題。在這個情況下，很難找到系統場方程的精確解，我們發現數學上monodromy的概念和性質，極有可能幫助在數學上面臨的困難。我們也試圖將研究工作延伸到更高自旋的重力理論。但是，由於數學技術的顯著困難，這可能需要更長時間，希望能在未來三到五年內完成。另外，如前所述，我們對重力的準局域能量(守恆量)研究已經有顯著的成果。尚未完全釐清的部分，是關於物理上適當的參考幾何的選擇。近期的研究重點放在處理軸對稱的時空幾何，尤其是Kerr黑洞。本中心成員將持續在重力波、粒子宇宙學、量子場論、古典場論等理論工作，以及科學軟體(TensoriaCalc)上繼續推進。研究重點會放在最前沿的重力波理論發展，尤其是重力波和光的因果結構，以及廣義相對論中的多體問題。
2018年成果
1. 高能現象學
- 理論研究的部分主要著重於高能現象學、重力理論和量子相對論等領域。在高能現象學部分，我們研究內容主要在於超越標準模型的希格斯物理、稀有的頂夸克(top)衰變和長期未解決的渺子g-2反常現象。我們計算了在Georgi-Machacek模型中希格斯玻色子耦合常數的單圈重整化修正(Phys. Rev. D 98, 013008)。在top粒子衰變中包含flavor-changing neutral交互作用，我們研究了兩種模型：變異的axion模型(Phys. Rev. D97, 035015)和非最小普適額外維模。我們指出在這些模型下會有較大的稀有top粒子衰變，這些可以是強子對撞機未來實驗上收尋的目標。我們也完成了希格斯與弱作用規範玻色子的耦合分析，提出了實驗得方法去決定HWW和HZZ耦合的比 (JHEP 1808, 126)，這將有助於釐清與標準模型的差異性。最近CMS的結果顯示不一致的HWW和HZZ耦合的可能性，我們也研究了可以產生這種效應的模型。
2.重力理論
- 在重力理論和量子相對論的研究方面，利用全像原理的方法，我們能夠考慮近極端帶電旋轉黑洞的共形場論描述，分析視界附近的粒子對生成機制及討論其熱力學性質(Phys. Lett. B 781,129)，我們也建構了更泛Dilatonic黑洞解並討論其物理特性 (Phys. Lett. B 779,249)。此外，我們對重力的準局域能量(守恆量)的研究已經取得了顯著的成果。我們進一步釐清了幾乎所有的膺張量在第一階結果的一致性(Int. J. Mod. Phys. D 27, 1847017, Gen. Rel. Grav. 50, 158)。在非局域的重力理論方面，我們研究Deser-Woodard (DW)模型對重力輻射四極矩公式的修正，我們發現能量-動量會衰減較慢，在遠端會有發散行為。基於量子相對論的觀點探討，我們成功獲得了明確的物理空間的量子模型和其粒子動力學理論，並從相對論對稱收縮極限中得回相應的經典/牛頓理論及牛頓空間。並建立了一個對稱收縮路徑，從我們的基本量子相對論對稱到所有需要被包含的各近似理論，不僅在對稱群而且在相關陪集上併入了已知物理理論（牛頓，量子，愛因斯坦特殊相對論及其量子力學），展現了我們的量子相對論對稱架構能完全包容有已知物理理論。我們已經開始推展這架構以獲得新的動力學理論。
2018-2019年成果
理論研究
本中心理論團隊主要的研究成果在於重力現象、重力波、高能物理現象學等。重要的成果包括：
- 膨脹宇宙中的引力波
- 引力波的可能觀測訊號
- 彎曲時空中量子場論的可能觀測訊號
- 尾信號和自力作用
- 修正的重力理論
- 準局域引力能量
- 希格斯玻色子
- 電弱對稱破壞和希格斯玻色子
- 非平衡動力學系統
- 量子時空
2019-2020年成果
我們關於量子相對論和量子時空的長期計劃已經取得了第一階段的全面的成果，為量子力學提供了直觀的非可交換幾何圖像。我們說明了量子可觀測量代數的非交換幾何恰好是通常量子相空間的辛幾何。後者作為無限（實）維投影希爾伯特空間，可以由六個位置和動量算符為非交換坐標描述，並以坐標變換明確給出其完全微分結構。數學上的一致性基於一個新的關鍵概念，即量子可觀測量的非交換值，該值可以由一組無限個實數描述，並給出了關於固定態下物理量超出重複馮·諾依曼測量的完整統計分佈的完整信息。兩個可觀測量的非交換值的乘積恰好是該積可觀測值的非交換值的。我們首次超越了人類科學以實數作為物理量的值的想法，並為一個已確認的理論而不是某些推測模型說明了物理空間的非可交換幾何圖像。它還為量子力學提供了直觀的描述。我們新近建構的洛倫茲協變量子力學，是自旋零粒子的pseudo-Hermitian量子力學的新理論。其Minkowski度量算符是非交換時空中Minkowski性質的自然反映。
我們在漸近de Sitter時空中發現了非線性標量尾誘發的一種特殊記憶效應。我們也證明，至少在使用常規計算方法的情況下，當前所有非局部修正重力模型中的能量-動量之通量似乎是發散的。我們研究了在漸近 (anti-)de Sitter時空中帶電的近極端黑洞中的Schwinger效應，推導出適用於近極端黑洞在視界附近的熱輻射表示式，發現漸近AdS時空會增強，而dS則會抑制 Schwinger效應。我們也成功地將研究成果推廣到任意為時空的黑洞。
在非平衡系統的研究方面，我們今年的工作主要包括：a) 了解非線性量子開放系统在與熱庫交互作用下如何從非平衡演化趨向平衡，並且發現在這趨向平衡過程中系統的量子漲落跟耗散存在一個非微擾的特定關係。b) 了解當多個如此系统串接在不同温度的熱庫間，熱流如何傳遞，以及非線性作用如何改變熱流。理論方面這個是作為了解量子系统Fourier 傅導定律成立的條件；在應用端則是了解量子特性如何調控熱流的機制。c) 目前則專注於在強系统熱庫交互作用下的非平衡線性量子系統如何引進有效温度的概念，並了解系统和熱庫的影響，以及探討這對熱力學第零定律的重新闡釋。
今年，我們發表了本團隊第一篇關於將深度機器學習技術應用於對撞機物理問題的論文[PRD 101（2020）5，053001]。在這項工作中，我們研究了透過它們在強子對撞機中強子衰變，區分推進W和Z玻色子的可能性，包括它們的電荷。這很有用，因為在搜索新粒子時，它們通常會衰減到W和Z玻色子，檢測強子通道有助於提高效率。後來，我們還發表了第二篇論文，涉及使用深度機器學習技術通過衰減到帶電的輕子和中微子來探究新的玻色子共振態的研究，其中包括可能產生額外的噴射流。這正在PRD審查中。鑑於XENON1T有趣的新結果，我們提出了一個具有暗區的新物理模型，其中包括費米子暗物質和極輕的暗光子。我們的模型發表在PRD 102（2020）No.12，123006中，可以很好地解釋觀察到的過量電子反沖事件。