迸發出新物理 大強子對撞機探索未解之謎

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2019.03.18 文/校園記者龔韵茹
media photo 物理系郭家銘副教授為104週年校慶首場講座主講人。王威竣攝

104週年校慶講座首場邀請到致力於高能物理研究的物理系郭家銘副教授,以「大強子對撞機:探索新物理的前5%旅程」為題,分享近十年來中央大學參與全球關注的科學計畫「大強子對撞機(LHC)」的執行成果,在渺茫的機率中,如何尋找到希格斯粒子,及探索其稀有衰變與雙希格斯粒子的產生,這也是郭家銘帶領中大學生一同參與此大型國際合作研究的重要題目。

郭家銘在1994年進入中大物理系就讀,他回憶求學的過往,大一剛開始並不是對物理很有興趣,直到大二後,在物理系師長們認真教導及系上鼎盛的研究氣氛薰陶下,啟發了他對物理的興趣,引導他走向物理研究這條路。

大強子對撞機是由歐洲粒子物理中心 (CERN)所建造的加速器,它的規模極大,放置在周長27公里的地底隧道,橫跨瑞士以及法國兩個國家。並且匯聚各國頂尖物理學家建造的四個大型的探測器實驗。目的是要將質子束加速到7兆電子伏特,在兩束質子束對撞後從探測器所收集的大量實驗數據中「挖礦」,以拓展人類對宇宙組成的認識。

物理目標從對基本粒子的認識延伸到各種新物理的發現,像是物質與反物質的不對稱性,或是研究宇宙中24%暗物質的組成。另外,也可走向多維度空間的研究,也許有第五個、第六個維度的存在,幫助我們探索未知的物理世界。

藉著大強子對撞機(LHC)的緊湊渺子線圈實驗(CMS)和超環面儀器(ATLAS)兩個主要的探測器互相配合,現在已經證實「希格斯粒子」的存在。 郭家銘也說明,要找到希格斯粒子相當困難,必須要解析眾多數據,並且將希格斯粒子的訊號與背景訊號分別開來。他妙喻:「找到一個希格斯粒子的機率是所有台灣人每天吃一碗飯,大約3500粒米,連續吃1000天,其中的一粒米才可能會是希格斯粒子的蹤跡,代表需要大量的對撞次數。」

郭家銘說,大強子對撞機的實驗對新物理研究至今只擷取大約5% 的實驗數據,還可以有許多的發展空間。他建議有興趣的同學可以投入研究,這項實驗擁有大量且豐富的數據,得以藉此發展新型態的物理分析,而且新探測器的升級計畫正起步。尤其在大強子對撞機中其中一個探測儀器緊湊渺子線圈實驗(CMS)的實驗團隊中就已經有三分之一的研究人員為學生,總共有51個國家的研究、技術人員參與,這是一個非常大型的國際合作實驗,對中大學生來說,是一個開拓國際視野的良機,也是參與世界前沿研究、探究新物理的最佳途徑。

media photo 郭家銘副教授分享近十年來中央大學參與全球關注的科學計畫「大強子對撞機(LHC)」的執行成果。王威竣攝 media photo 在大講堂的演講,全場爆滿,幾乎座無虛席。王威竣攝