2015-05-18

B介子衰變雙渺子得證 標準模型地位更鞏固

◆ 證實B介子衰變雙渺子 物理界30年大突破
http://udn.com/news/story/7314/903617

聯合報 記者陳皓嬿/台北報導 2015-05-15

繼前年看見並證實「上帝粒子」希格斯粒子存在後,歐洲核子研究組織(CERB)又有重大發現。物理學家證實B介子(B0s)衰變成雙渺子現象。這個事件發生的機率極度低,只有十億分之四。這項實驗結果證實了「標準模型」理論的預測,是物理界卅年來的大突破;在現今宇宙基本理論百家爭鳴下,再次鞏固標準模型理論的權威地位。

「標準模型」是物理界迄今對宇宙萬物為何存在,所能提出最完整的解釋。模型預測由哪些基本粒子組成宇宙,並描述這些基本粒子,如光子、夸克、希格斯粒子的特性。

模型的預測相當精確,卅年前預測存在的粒子,大多已被人類發現;但有些現象標準模型仍無法解釋,因此想踢館的科學家不少。

其中一項挑戰,就是模型預測「B介子衰變過程中,十億次裡只有四次會衰變成雙渺子」,但至今從未觀察到此現象。踢館的科學家認為,如果B介子衰變成雙渺子的次數超過十億分之四,那標準模型可能是錯的。

二○一一年,CERB的大強子對撞機(LHC)開始觀測B介子衰變現象,二○一三年,其中兩個實驗站CMS和LHCb,都各自公布B介子的衰變結果,雖結果相近,但因資料量不夠大,所以精確度不足。

去年擔任CMS「B物理」計畫召集人的台大物理系教授陳凱風,發想將兩個實驗站的數據合起來,聯合分析,讓資料量夠大。聯合分析出的結果精確度終於達到標準,每十億次的B介子衰變,會產生的雙渺子次數差不多是四次。

陳凱風說,觀測數據有有上千億筆,因此光是報告中的一張圖表,可能就要用三百個電腦CPU,跑一周才能運算得出來,許多分析都是由台大物理系教授侯維恕的實驗室,用運算電腦叢集跑的。

研究成果登載在十三日自然(Nature)期刊。

新聞辭典/B介子與渺子

B介子:是由基本粒子「夸克」當中的「奇夸克」和「反底夸克」,或是「下夸克」和「反底夸克」所組成的粒子。B介子極度不穩定,容易衰變;在衰變過程中產生各式各樣的粒子,包括出現機率極低的雙渺子。

渺子:可被視為「質量重一點的電子」,存在於宇宙射線中,也是不穩定的粒子,會衰變成一個電子和一個微中子。
※ 詳見原站。相關報導:

* Observation of the rare B0s →µ+µ decay from the combined analysis of CMS and LHCb data
http://dx.doi.org/10.1038/nature14474
CMS Collaboration LHCb Collaboration
Nature (2015)
doi: 10.1038/nature14474

* CMS and LHCb experiments reveal new rare particle decay
http://home.web.cern.ch/about/updates/2015/05/cms-and-lhcb-experiments-reveal-new-rare-particle-decay

In an article published today in Nature, the CMS and LHCb collaborations describe the first observation of the very rare decay of the B0s particle into two muon particles. The Standard Model, the theory that best describes the world of particles, predicts that this rare subatomic process happens about four times out of a billion decays, but it has never been seen before. The analysis is based on data taken at the Large Hadron Collider (LHC) in 2011 and 2012. These data also contain hints of a similar, but even more rare decay of the B0, a cousin of the B0s.



◆ 台灣製造 渺子偵測器建功
http://udn.com/news/story/7314/903619

聯合報 記者陳皓嬿/台北報導 2015-05-15

在此次歐洲核子研究組織(CERN)的重大發現中,台大物理系教授侯維恕的團隊扮演舉足輕重的角色;因為除了分析龐大數據,大強子對撞機中負責用來偵測渺子的核心軌跡儀「畫素偵測器」,正是台灣團隊所研發製造。

「沒有硬體,就沒有數據。」侯維恕如此強調硬體設備在粒子實驗中的重要性。因為B介子在衰變時,會變成各式各樣的粒子,要衰變成雙渺子的情況,十億次當中只有四次,因此非常難以偵測。

侯維恕說,B介子衰變時,衰變的粒子會射出,並在通過偵測器時留下一些「點」,將這些點連起便是粒子軌跡;但如果偵測器不夠靈敏,就會量測到很多其他干擾的雜訊,因此偵測器需非常精密。

侯維恕和學生正將畫素偵測器進行第一階段升級,預計明年底安裝進大強子對撞機的緊湊渺子線圈(CMS)偵測器中,二○一七年可產出實驗結果。



◆ 陳凱風駐瑞士研究:生活「像在台北領22K」
http://udn.com/news/story/7314/903620

聯合報 記者陳皓嬿/台北報導 2015-05-15

台大物理系教授陳凱風過去兩年協調CERN的CMS和LHCb實驗站合作,才促使B介子衰變為雙渺子的現象獲證實。雖然科學成就斐然,但陳凱風在CERN所在地瑞士只能過著「像在台北領廿二K」的生活。

參與該計畫的台大物理系教授侯維恕說,CMS和LHCb之間原是競爭關係,二○一三年時,LHCb先看到雙渺子的蹤跡,讓CMS研究人員相當緊張;同年稍晚,CMS也觀測到雙渺子。兩個實驗站都發表論文,雙方觀測結果類似,但在統計精確度上仍有不足。

過去兩年,大強子對撞機因維護而停機,但陳凱風認為研究應繼續做下去,在數據量不足的情況下,他花了一年半來回協調CMS和LHCb,讓雙方從競爭對手變合作夥伴,把雙方資料合在一起分析,終於有足夠統計信心,證實B介子衰變成雙渺子現象。

雖然取得物理界頂尖的科學成果,但陳凱風說,自己在CERN的日子頗拮据,因為國家給駐外科技人員的薪水,每個月只有一千四百美元,折合新台幣約四萬兩千多元。

但瑞士的基本消費,每個月就要兩千八百瑞郎(約新台幣九萬三千元),國家給的薪資只夠陳凱風撐半個月,「即使加上我在這裡的薪水,在瑞士也只能過著像在台北領廿二K、只租得起雅房的生活。」

陳凱風說,有我國外交人員聽到他的薪水,覺得不可思議說:「這樣你也可以活喔?」讓他相當感慨,因為科技部給駐外科技人員的薪水數年來沒怎麼變。但陳凱風也看得開,他說,像他這樣的駐外科技人員只是少數,「沒人理也很正常,就將就這樣過吧!」

※ 相關報導:

標準模型之外的新物理學?(節譯)
LHC 科學家邀你開發程式研究上帝粒子,名利雙收!

沒有留言: