X射线自由电子激光器为物质研究提供了在空间和时间上同时达到所需分辨率要求的探测手段。X射线的波长延伸到原子尺度，同时其脉冲持续时间目前位于飞秒（10-15秒）范围内。这种能力使材料的演化和化学过程能够在其自然时间和长度尺度内进行，为物质世界的复杂性提供基本的科学理解。

　　1、优先研究机遇1：探测和控制分子内的电子运动

　　（1）关键科学问题：电子电荷在分子系统中如何从原子移动到原子？电子-电子相互作用和相关性如何改变这种运动？原子如何在这个电子运动之后重新排列，相反，这个原子运动如何影响相干电子运动？是否可以利用这种耦合和相关的电子运动来影响较长时间尺度动态？

　　（2）科学机遇和挑战：在最早的化学反应步骤的自然时间和长度尺度上测量电子运动，相关驱动的电子运动：原子间电子运动的最早阶段，原子间的库仑衰变。

　　2、优先研究机遇2：通过相干光-物质耦合发现新的量子相位

　　（1）关键科学问题：如何利用光来创造物质的新的量子相，具有在平衡中不存在的性质？如何利用超快光学激发来强化量子相干性或创造新的拓扑态？新型瞬态量子相的寿命如何延长和操纵以供实际使用？

　　（2）科学机遇和挑战：创建宏观量子一致性，控制拓扑态。

　　3、优先研究机遇3：捕捉物质转化中的罕见事件和中间状态

　　（1）关键科学问题：需要对物质转化和化学反应性的理论模型有什么新的基础知识和扩展来预测和产生新的状态和相，稳定先前观察到的物质的间歇瞬态并控制化学选择性？如何在不使用外部刺激的情况下捕获罕见事件，如传统的泵浦-探针测量？哪些新的理论进展和计算方法可以将大型实验数据集快速转化为有关瞬态和稀有事件的详细信息？模型和理论如何将关于波动本地环境的作用的新近见解转化为预测性理解，并最终控制宏观反应速率和反应产物？

　　（2）科学机遇和挑战：超出统计平均值的化学转化，除了基于阶-参数之外的固态相变描述。

　　4、超快X射线科学的交叉研究机遇

　　与会者还确定了上述3个优先研究机遇共同的前沿研究方向，特别是，多模超快测量被认为是下一代X射线自由电子激光研究的一种有前景的方法。多模态技术有可能影响多个学科，从化学到材料科学再到量子物理学。同样，应用于高度非平衡系统的理论和计算方法的进步被认为对3个优先研究机遇的研究工作至关重要。           （王海霞）