Физика пучков заряженных частиц — раздел физики, изучающий закономерности поведения направленных потоков заряженных частиц в вакууме, нейтральном газе и плазме. Пучки заряженных частиц, возникшие в космическом пространстве в виде галактических космических лучей и солнечного ветра, несут информацию об эволюции Вселенной, процессах в солнечной системе и околоземном пространстве. Пучки, созданные и сформированные в лабораторных условиях, служат инструментом для фундаментальных и прикладных исследований в различных областях физики, используются для генерации вторичных излучений (корпускулярных, электромагнитных) и для модификации свойств материалов. 

Прогнозирование поведения пучков заряженных частиц. Это необходимо для решения задач астрофизики и физики солнечно-земных связей, ядерной физики, радиофизики, электроники, ядерной медицины, радиографии. Крупнейшие ускорительные комплексы, такие как ЦЕРН, включающий в себя Большой Адронный Коллайдер, решают фундаментальные задачи, в том числе связанные с верификацией Стандартной Модели и ее расширений, используя пучки электронов, позитронов, протонов, антипротонов и ионов, обладающих высокой энергией и высокой светимостью.

Уменьшение массо-габаритных размеров установок. Это необходимо для прикладных задач, таких как ионная и протонная терапия, литография, радиография), очевидно, может быть достигнуто путем перехода от традиционных ускорителей к установкам, использующим коллективные методы ускорения (PWFA, LWFA), с сохранением высоких требований к качеству пучка. При создании подобных сложных, многопараметрических и дорогостоящих ускорительных установок на стадиях концептуального и технического проекта должен проводиться тщательный анализ динамики пучка с использованием соответствующего математического аппарата.