研發處首頁研究成果 >探尋宇宙新物理現象本校高能物理研究團隊積極參與歐洲粒子物理研究中心大強子對撞機研究

邁向頂尖大學

 

歐洲粒子物理研究中心CERN的大強子對撞機LHC,其質子束在99年3月30日的上午九點鐘開始試行對撞。經過長達4個小時的努力,終於在30日下午一點鐘 (臺北時間下午7點) 對撞成功,能量高達7兆電子伏特,締造人類歷史新高,達到前代質子加速器 3.5倍的能量。這是LHC研究計劃的正式啟動,來自全世界的粒子物理學家齊聚在此,緊鑼密鼓地準備探尋重要而且豐富的新物理現象,臺大高能團隊亦積極參與

 

LHC(Large Hadron Collider)是人類所建造的最大、最複雜的實驗儀器,造價超過三千億台幣,位在法國與瑞士交界地底下100公尺,主要環狀隧道建築結構圓周大約27 公里。這個史無前例的超大型計畫由歐洲粒子物理研究中心(CERN)主導,耗時20年,全球40餘國近9千名科學家與工程師參與,台灣參與的單位包括中央研究院、臺灣大學、中央大學。本校高能物理團隊與中央大學團隊合作,自2000年開始參與CMS(Compact Muon Solenoid,緊緻渺子線圈)偵測器實驗,共同負責建造Preshower(前置簇射探測器)子偵測器系統,成為主要貢獻者。中研院則參與另一大型偵測器實驗ATLAS(A Toroidal LHC ApparatuS,環場LHC裝置)。另外還有ALICE及LHCb兩個偵測器實驗。

 

“這是粒子物理學家偉大的一天!”,CERN總主任Rolf Heuer說,“非常多的人已經等了很久的時間,但我們不屈不撓的努力和奉獻總算有了回報。”

 

本校參與CMS實驗團隊發言人Guido Tonelli表示,“LHC目前的表現相當傑出,而真正令人開心滿意的,是看到CMS偵測器運作非常之好,並且我們來自世界各地的物理團隊已經著手分析實驗數據。我們很快就會開始進行研究現代物理難題,例如質量起源、基本力場的統一、以及構成宇宙的黑暗物質等等。這實在是個非常令人興奮的時刻!”

 

 

CMS團隊各子偵測器代表聚集在控制室共襄盛舉,為LHC首次7兆電子伏特對撞的成功一同歡呼。右下為臺灣大學呂榮祥助理研究員(拔尖計畫下聘任),肩負著CMS Preshower子偵測器的運作管理重任,中間後面打領帶者為發言人Guido Tonelli。 (99.04.08)

 

CMS偵測器紀錄下來的首次7兆電子伏特質子對撞事件,時間是瑞士時間3月30日12點58分。

當 LHC的控制室於3月30日午間宣告開始穩定地對撞質子束流後,CMS立即偵測到對撞事件,所有聚集在CMS控制室的子系統代表通通一起舉手歡慶 [圖一]。此時已是臺灣時間的晚間七、八點鐘,本校高能組侯維恕教授與陳凱風教授亦在辦公室同步觀看對撞的即時網路播放,同感歡慶。由臺灣大學與中央大學共同主力製作的Preshower子偵測器,成為第一個觀測到對撞事件的子系統。CMS研究團隊全力地分析這些數據,並在三維空間中描繪出對撞時所產生粒子穿越偵測器所留下的影像 [圖二],幾乎在第一時間就可展現在世人面前,令人興奮。CMS運行非常穩定,在第一個小時內即觀測到20萬個對撞事件。這些數據很快地被CERN的大型計算機中心加以儲存並作初步處理,然後分送給全球各地的物理學家們做更進一步地精密分析研究。

 

CERN 計劃將讓LHC持續運作18至24個月,直到有足夠的實驗數據能夠探測許多物理方向。當LHC成功的“再發現”所有已知的標準模型粒子,也就是完成研究新物理必要的前置作業後,實驗團隊就會開始系統化的尋找神秘的希格斯粒子,探究質量之源(這正是臺大拔尖計畫的主題)。在持續兩年的資料收集之後,把CMS 以及另外一個大型實驗ATLAS的數據作組合,LHC能夠探索相當寬廣的希格斯粒子質量區域 - 當然我們也有機會直接發現它。對於超對稱粒子以及各種新奇粒子,兩年的LHC實驗數據最少可拓展至目前靈敏度兩倍以上的質量範圍。在這一段長期運作之後,LHC將會在2012年進行維護以及升級,直到能夠達到設計目標的14兆電子伏特中心能量。

 

在CMS 公開的網頁 (http://cms.cern.ch) 可以找到更多偵測到初始對撞事件的影像或動畫。CMS實驗是為了在LHC高能量質子與質子對撞中,偵測各式各樣基本粒子以及現象,進而回答一些尚未能明瞭的基本物理問題而建造,其概念設計可以追溯到1992年。這是全球最大的科學團隊之一,包含了由遍佈全球39個國家、182個研究單位,超過3600位科學家和工程師,花了16年的時間組裝,建造出這個碩大的偵測器(直徑15公尺,長21公尺,重12500公噸的柱形裝置)。

 

 

 

 

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