中国科学技术大学粒子束交叉应用实验室是核探测与核电子学国家重点实验室的一部分，其前身固体物理实验室成立于1986年。经过多年的发展，粒子束交叉应用实验室已发展成为核技术与固体、材料等学科进行交叉的前沿研究基地。实验室目前主要的研究领域包括（1）正电子谱学及其应用、（2）缪子束流技术和缪子自旋弛豫（μSR）谱仪、（3）核探测技术及其应用。

       在正电子谱学研究方向，本实验室是中国最早从事正电子谱学研究的实验室之一。实验室于1989年建成中国第一台慢正电子束谱仪，该项目荣获中国科学院科技进步三等奖，并于2004年升级改造成功。 1991年，本实验室完成正电子一维角关联实验装置的研制，该项目也获得中国科学院科技进步三等奖。2010年建成脉冲慢正电子束谱仪。从2002年开始相继研制成功了数字化符合多普勒展宽（Digital CDB）谱仪、数字化正电子湮没寿命（Digital PAL）谱仪、数字化正电子湮没寿命-动量关联（Digital AMOC）谱仪等一系列国际正电子领域最先进的谱仪。在应用方面， 涉及半导体、超导体、薄膜、纳米材料、介孔材料、高聚物料、超导体等领域。此外，实验室的超导材料研究的项目《锆基金属玻璃的超导电性和结构驰豫结晶化效应》获中国科学院自然科学奖。

       在缪子自旋谱学研究方面，本实验室是中国最早从事缪子束流与仪器建设的研究机构之一。实验室从2011年起开始负责中国第一台缪子束（位于广东省东莞市，基于中国散裂中子源）的探测系统的设计和搭建。2015年底中国首台128路μSR谱仪样机正式立项。实验室完成了样机探测系统的设计，并在英国ISIS缪子源进行了多次束流测试，结果显示样机系统达到国际先进水平。2018年11月，在中国散裂中子源召开了实验缪子源（EMuS）国际评审会，实验室提出的多台μSR谱仪设计方案（用于EMuS多个实验终端）得到了多个国际缪子源负责人的认可。在应用方面，缪子自旋谱学涉及磁性与多铁材料、超导材料、自旋玻璃与液体、半导体、低维材料、锂电池、化学反应速率以及生物分子的电子动力学等领域。