2008-03-15

高能物理:罕見粒子證實30年前的預測

Physicists: After 30 years of study, rare particle confirms prediction
http://www.physorg.com/news124372618.html

March 10, 2008

致力於重建宇宙開始狀態的高能物理學家,首度觀察到產生原子之基本粒子,質子與中子,的新方法。

證實了一個有數十年之久的預測,與 CLEO 合作的科學家表示,他們觀察到一種罕見且極端短命的次原子粒子,擁有「charmed-strange meson(魅奇介子)」這樣一個不尋常的名字,衰變為質子與反中子。

此事件的偵測,這項合作於週日公開在 http://arxiv.org/ 上,得歸因於 John Yelton,佛州大學(許多參與 CLEO 共同研究的單位之一)的一位物理學家。

"它就是這麼一回事,多年來,人們已知應當會發生," Yelton 說。"我們所做的是,證明它確實會發生,以及有多頻繁。"

Cornell Electron Storage Ring accelerator(康乃爾電子貯存環型加速器,CESR),使電子與正子(positrons,陽電子)在能量為 30 - 50 億電子伏特的範圍間相撞 -- 產生許多短命的、基本且使物理學家感興趣的罕見的粒子。CLEO,大型實驗用偵測器,被設計用來偵測加速器的碰撞,是一個在美、英與加等國當中有近乎二打單位參與其中的聯合計畫。

在 CESR 對撞的產物中,是魅奇介子,在衰變成更穩定的粒子之前,存在時間不到兆分之一秒。雖然魅介子已經被研究了 30 年,沒人曾觀察到它如同理論所預測,衰變成質子或中子。這值得注意,因為在加速器所有的對撞中,大約有 10% 產生了質子與中子。

Yelton 並沒有直接偵測到反中子,而是使從其他粒子的能量與動量資料中推斷它的存在。他從上兆次不同的碰撞與它們的後續資料中接收並識別這些事件,發現了 13 個魅奇介子衰變成電子與反中子的實例。

Yelton 的分析基於 Syracuse 大學所開發的技術,那用來偵測二種其他類型的罕見次原子粒子,介子與微中子。

"Yelton 教授做了一件非凡的工作,在有記錄以來,將我們的技術應用到新領域,並得到一個優秀的結果," Sheldon Stone 說,CLEO 的共同發言人,同時也是 Syracuse 的物理學教授,他與畢業生 Nabil Meena 第一個開發這種技術。

當 CLEO 於 1979 年開始時,CESR 在那時便名列運作中能量最高的加速器之一。最近的加速器,例如芝加哥 Fermilab 的 Tevatron 以及快要完成的、在瑞士的 Large Hadron Collider(LHC),則以更高的能量運作。大部分的公眾注意力聚焦在這些對撞 -- 觀察所謂的 "上帝" 粒子,希格斯玻色子(Higgs boson)。

Yelton 表示,最新的研究證明,在能量較低的對撞部份依然有許多需要學習的。"它強調了這個事實,在能量較低的加速器中,仍有物理研究必須進行," 他說。

CLEO 共同研究也就此一發現提交一篇論文給 Physics Review Letters 期刊。

※ 相關報導:

* Hot Topics from CLEO-c
http://arxiv.org/abs/0706.2804
John M Yelton

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發現反物質消失線索 台大成果登國際期刊

中央社記者周永捷台北二十七日電 2008-03-27

台灣大學高能團隊與日本筑波市高能加速器研究機構(KEK)合作,在「電荷宇稱破壞」基礎上,發現帶電與中性介子衰變差異,提供了解「反物質消失之謎」的「新物理」線索。此項台大主導的研究成果刊登在最新一期國際期刊「自然」上。

台大表示,因大爆炸產生的宇宙,創始之初會產生等量的物質與反物質,兩者相遇必定煙滅成光,但在生活四週,只見物質的存在,反物質卻不見了;因此,解開反物質消失之謎,不僅有助了解「為何人類得以存在?」,也是高能物理學界最關心的課題。

台大高能團隊成員、台大物理系教授張寶棣表示,要解釋反物質為何消失,須先了解物質與反物質間基本性質的差異,即物理學家所謂的「電荷宇稱破壞」。

張寶棣說,所謂B介子實驗是指利用大型能量對撞機,以不同能量的正負電子束對撞產生B介子和反B介子;台大高能團隊與日本KEK合作,在「電荷宇稱破壞」基礎上,利用KEK「B介子工廠」進行實驗,發現帶電B介子與中性B介子在衰變過程中,介子數目變化出現差異。

台大高能團隊表示,在傳統當代基本粒子物理學僅能解釋宇宙物質、反物質不對稱情形的百分之一時,這項發現很可能是由目前我們不知道的「新物理」造成,實驗結果提供了解「反物質消失之謎」的新物理線索。

研究成果刊登三月二十日最新一期的「自然(Nature)」期刊上。

台大高能團隊成員、台大物理系教授侯維恕表示,以目前醫院用來定位癌細包的「正子造影」設備為例,它的原理是因為的人體內含有電子,透過「正子造影」,可以製造正電子,產生光,進而追蹤人體內的癌細胞;這就是反物質生活化的應用。

台大表示,二十世紀全球僅有日本筑波市高能加速器研究機構(KEK)和美國史丹佛線性加速器中心以研究「電荷宇稱破壞」興建「B介子工廠」,台大二十名成員與日本「B介子工廠」合作,所佔人力雖少,但卻擁有超過五十篇以上論文發表的豐碩成果。

※ 相關報導:

* Difference in direct charge-parity violation between charged and neutral B meson decays
http://www.nature.com/nature/journal/v452/n7185/abs/nature06827.html
The Belle Collaboration
Nature 452, 332-335 (20 March 2008)
doi: 10.1038/nature06827

* Belle experiment observes a difference in direct CP-asymmetry
between charged and neutral B meson decays
http://www.kek.jp/intra-e/press/2008/BellePress12e.html

台大何小剛粒子物理新突破 可解釋X粒子(更新)
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美人警告 大強子對撞機 恐毀滅地球

楊明暐/紐約時報廿九日報導 中國時報 2008.03.30

伊拉克戰亂持續,許多美國人繳不起房貸... 這些新聞令人鬱悶,不過底下這則消息若屬實,那麼上述新聞都不算什麼:兩名美國人向夏威夷聯邦法院提起訴訟,要求阻止正在瑞士興建中的一台「大強子對撞機」啟用,因為這機器有可能製造出一個「黑洞」,將吞噬整個地球,甚至全宇宙。

座落在日內瓦郊區的「大強子對撞機」(Large Hadron Collider,簡稱LHC),是科學家花了十四年,耗資八十億美元建造的。這部巨型粒子加速器訂五月完工啟用,科學家希望利用它進行質子對撞實驗,製造出宇宙「大霹靂」(Big Bang)那一瞬間的狀況,從而解開宇宙誕生的奧秘。

製造「大霹靂」解開宇宙誕生奧秘

但是對華爾特.瓦格納和路易斯.桑邱這兩位自稱對物理學素有研究的美國人來說,這項實驗一點也不好玩。他們指責主導大強子對撞機計畫的「歐洲粒子物理研究中心」(CERN)刻意低估這部機器所可能造成的危險。

他們說,大強子對撞機可能帶來的危險之一,是它可能製造出一個小型黑洞,這個黑洞會把地球吃掉。要不然,它也有可能釋出一種名為「奇子」(strangelet)的東西,把地球萎縮成高密度塊狀物,天文學家管這叫「奇異物質」(strange matter)。

兩人還指控CERN未依「國家環境政策法」規定,提出環境影響評估報告。

憂心產生小型黑洞 造成世界末日

瓦格納和桑邱是在檀香山聯邦地方法院提出這一訴訟,要求法院祭出臨時禁制令,規定CERN在提出安全和環境評估報告之前不得啟用大強子對撞機。本案被告除了CERN,還包括美國聯邦能源部、費爾米國家加速器實驗室以及美國國家科學基金會。

CERN是歐洲國家設立的組織,總部設在瑞士。瓦格納說,他不曉得CERN是否被員前來檀香山出庭,但他認為CERN應接受夏威夷聯邦地院對此事有管轄權。

瓦格納和桑邱原本應在法國或瑞士提出訴訟,但為了省錢,才決定在夏威夷打這場官司。他說,費爾米實驗室和能源部將負責供應和維護大強子對撞機的大型超導磁鐵,法院若對這兩個機構祭出禁制令,大強子對撞機計畫還是會被迫中止。

瓦格納現居住在夏威夷大島,他曾在柏克萊加州大學研習物理和從事宇宙射線研究,後來他取得北加州大學法學博士學位,後來在美國退伍軍人管理局任職,負責輻射安全事務。

兩人向法院提訴訟 阻止機器啟用

這已非瓦格納第一次控告科學研究機構。一九九九年和二○○○年他曾向法院提訴訟,要求法院禁止布魯克海文國家實驗室使用「相對論性重離子對撞機」。並於二○○一年遭法院駁回,而該對撞機自二○○○年啟用至今未發生任何意外。另外,桑邱自稱是一位作家,是研究時間理論的專家,現居住在西班牙。

大強子對撞機座落在日內瓦郊區靠近法國的邊境地區,這是一座長廿七公里的巨大環型地下隧道,為全球最大、能量最高的粒子加速器。來自卅四個國家超過二千名科學家參與了這項計畫。

這座對撞機將以七兆電子伏特能量,讓兩束接近光速的質子進行碰撞。粒子學家阿卡尼--哈默德說,屆時什麼事也不會發生,因為宇宙射線在大氣層中每天皆發生大約十萬次這種碰撞。

不過科學家也承認,宇宙射線的碎片會以接近光速射穿地球,不造成傷害,但對撞機內兩束質子對撞後產生的任何東西會逗留在實驗室內,有可能造成嚴重破壞。

※ 陰謀論者還真多。即便它「真能」造出小小小黑洞,也會馬上以霍金輻射的方式蒸發掉了,科學家只能撿拾剩下的東西來研究... 有興趣的人請參考下面二篇文章:

* Sciscape 新聞 [Nov 09, 2001]: 黑洞DIY?
http://www.sciscape.org/news_detail.php?news_id=550

* 博客李淼 -- 獵殺小黑洞
http://limiao.net/153

* Large Hadron Collider - Safety concerns - Wikipedia
http://en.wikipedia.org/wiki/Large_Hadron_Collider#Safety_concerns

* Blackhole Production - Musings
http://golem.ph.utexas.edu/~distler/blog/archives/000408.html

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大型強子對撞機九月啟動

◆ 探索宇宙誕生奧祕 大型強子對撞機九月啟動

中央社 2008-08-08

(中央社記者周盈成日內瓦七日專電)歐洲粒子物理研究中心 (CERN)今天宣布,大型強子對撞機 (LHC)將在九月十日開始運轉,準備迎接有史以來人為的最高能量粒子對撞,為人類解開宇宙誕生奧祕。

LHC的預計啟動時間曾一延再延。在CERN今天發布的新聞稿中,LHC計畫負責人艾萬斯說:「我們已經到馬拉松最後的衝刺了。」

在日內瓦郊區瑞士與法國邊界地下的二十七公里長環形隧道中,這具加速器將會把質子或鉛離子在真空管道內加速到接近光速,讓它們在四具偵測器內迎面對撞,科學家藉以偵測撞出來的更小粒子。

這麼做的目的,包括找出當前物理學標準模型中據推測存在、但未曾被真正觀測到的「希格斯粒子」,以及模擬造成宇宙誕生的「大爆炸」,了解構成宇宙大部分但人類未知的「暗物質」。

CERN指出,要啟動這具世界最強大的粒子加速器,「可不是像按個開關那樣簡單」。首先是降溫,到七月底為止,整個系統已差不多降到運轉時所需的攝氏零下二百七十一度,接近絕對零度的低溫。接著是一千六百個超導磁鐵的測試和個別及整體動力提供。

下一階段是調校LHC和超級質子同步加速器 (SPS)間的同步運作。在整套系統中,粒子是先從較小的加速器出發,逐次提高能量,最後才進入最大的LHC,而SPS就是LHC的前一站。

CERN指出,這兩個機器之間的時間配合,要達到比十億分之一秒還短暫的精確度,本週末要進行第一次測試;接下來的測試會持續進行到九月,確保系統有能力把質子加速到帶有五兆電子伏特的能量。

當質子流的繞行穩定後,就可以進行對撞。但由於質子的體積太小、速度太快,並非一開始運轉就必定有對撞發生,還需逐次調校提高精準度。

LHC的六項實驗有來自四十多國的科學團隊共同投入,包括台灣。其中規模最大、研究層面最廣的ATLAS和CMS兩項實驗,中央研究院物理學研究所參與前者,中央大學和台灣大學物理所參與後者。

此外,LHC全球網格計畫第一層(Tier 1)的亞洲中心就設在中研院。網格是新一代超高效能的全球資訊網,可共用全球電腦計算資源,CERN為了處理LHC運作後的龐大資料量而建立這個系統。

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發現新粒子徵兆 陳凱風台灣之光

韓國棟/台北報導 2008.08.30 中國時報

發現「新粒子」徵兆的廿八歲台大博士陳凱風從無數的傑出青年科學家中脫穎而出,獲選「國際純粹與應用物理聯合總會」(IUPAP)的首屆「新秀科學家獎」。台大校長李嗣涔昨天在「台大二○○八年研究成果系列發表會」中,盛讚他堪稱國際物理學界的「台灣之光」。

李嗣涔說,陳凱風的學士、碩士和博士學位都在台大修讀,是完全由台灣本土培養的優秀科學家。他能從全世界近八年內獲得高能實驗物理博士學位的眾多競爭者中脫穎而出,極不容易,陳凱風發表的發現「新粒子」徵兆的研究成果已領先美、歐。「新秀科學家獎」每兩年選拔一次,每次只選出二人。

陳凱風說,他民國八十六年保送進台大物理系,大三開始加入日本貝爾(Belle)實驗室研究,讀碩士和博士的八年,待在貝爾實驗室的時間超過一半。

目前正在服國防役的陳凱風已於今年二月派駐瑞士日內瓦,積極參與「大強子對撞機」實驗的台大團隊,與全世界二千名頂尖高能物理學家合作又競賽,為發現新粒子而努力。探究宇宙「物質」與「反物質」的大強子對撞機將於今年十月廿一日舉行正式啟用典禮,屆時將有數十國的科技首長參加。

台大物理系教授侯維恕昨天在發表會中表示,陳凱風是完全由本土培育的「台灣之光」,但他很擔心內政部去年十二月修正公布的《役男出境處理辦法》規定,將限制未來更多台灣研究卓越的役男出國研究的機會,影響國內人才培育。

新修正的役男出境處理辦法規定,在學役男因奉派或推薦出國研究、進修、表演、比賽、訪問、受訓或實習等原因申請出境者,最長不得逾一年,返國期限截止日不得逾國內在學緩徵年限;以研究、進修原因申請出境者,每一學程以二次為限。