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重大學術發展

國際競賽台大高能物理組拔頭籌

-國人首製偵測器測到「B介子工廠」第一個對撞事例

侯維恕(物理學系教授)

 

 為了解開宇宙中為何只見物質(包括你我!)卻不見反物質之謎,日本與美國分別投資四、五億美元建造新對撞機並組成數百人之實驗團隊,研究由第三代b夸克所構成之「B介子」衰變時的「CP破壞」現象。這個太平洋兩岸的競爭架勢,自今年暑假起,將進入白熱化階段。然而,參與在日本筑波科學城KEK高能實驗室之台大團隊卻已拔得頭籌,首先看到「B工廠」的第一個對撞事例。

 

 要探討本身如迷霧般的CP破壞現象,必須要量產數以億計之B介子以仔細研究其衰變特性,因此,此類設施被戲稱為「B工廠」。台大參與在日本KEK之BELLE實驗,而競爭對手則為美國加州史丹福加速器中心的BABAR實驗,兩者均自1994年起開始興建,並均將在5月份正式啟用。台大高能物理組的選擇,除了區域合作之考量外,主要是所提出之小角度「前置量能器」(EFC)為BELLE實驗組接受,並成為完全由台灣設計、建造之子偵測器系統。在國科會經費支持下,經過四年之努力,「部分EFC」已於去年起參與日本「B工廠」加速器之啟動。這是國人自製的第一個完整粒子偵測器子系統。

 

 KEK於2月5日初次以極低之束流試行對撞,看到微弱之訊號便趕緊召開記者會,宣布「對撞成功」。但真實高束流之對撞,直到3月下旬,方才進行。3月26日早晨之對撞,無獨有偶的巧遇地震而中斷,但由台大建造之EFC仍一舉偵測到8個正負電子散射之事例,證實對撞發生。因著這個重要進展,此事例立即以封面刊登在日本「高能新聞」3月號上,可見日方對此成果之重視。在加速器啟動階段結束前,KEK於 4月17日又再度試行更高束流之對撞。此時正電子束控制不易,可由EFC監測到高背景清楚反映出來。清晨八點左右,因背景甚低,加速器人員調動正電子束試著與電子束交會,卻不能確知對撞發生與否。然而台大製作之EFC自8點25分起,非常清楚的看到10餘個正負電子散射之事例,確實超過背景,且符合正負電子散射之特徵,因而確證對撞之發生並可算出當時束流對撞之「亮度」。

 

 這樣子的事例有何重要性?首先它是全世界兩組「B工廠」(包括史丹福)的第一次對撞事例,並宣告台大建造之EFC本身達到功能指標。EFC的初期任務便是協助加速器調高最寶貴的亮度。在「B工廠」的競賽中,首要目標便是高亮度。誰的亮度高誰就能得到最大量之B介子。也只有這樣才能在關乎宇宙源起的「CP破壞」研究競賽當中獲勝。

 

 日本KEK及美國史丹福的B工廠均將自五月份起正式運轉,爭取在暑假結束前能有初步的結果。目前「全EFC」與BELLE均在組裝中,EFC並將成為BELLE偵測器之一部分,並裝到對撞點。五月下旬起,加速器再度運轉後,EFC將肩負進一步協助加速器達到亮度目標之重要任務。台大高能團隊亦已備戰多日,將在未來三年B物理與CP破壞研究之高峰期,與世界先進一拚成果,盼望能交出更漂亮的成績單。

後記

 五月初「全EFC」已組裝完成並成功運轉,成為提供即時亮度資訊之利器,在六至八月之BELLE第一階運轉發揮亮度及背景監視器之功能。前置量能器雖小,但台大高能組是在參與BELLE實驗各研究機構中,除KEK之外,唯一提供完整子偵測器系統者。

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