學術攻頂計畫之滿額補助飛越小林‧益川 ─ 探尋第四代夸克

執行期間: 99.8.1 – 104.7.31

團隊人員

本計畫以「3 加I」方案規劃四個重點方向，各由一位年輕學者主領，分別為陳凱風副教授(臺大物理系)、Johan Alwall助理研究學者(國家理論科學中心北區物理組及美國費米實驗室)、林及仁助理教授(交大物理所)及呂榮祥助理研究學者(臺大物理系)，而臺大高能實驗室教授群(熊怡、王名儒、張寳棣)、硬軆人員(上野耕資、徐靜戈)及已建立的CMS團隊則是根基，理論方面則有何小剛教授及陳俊瑋教授協助。

計畫摘要

計畫目標是用CMS偵測器在大強子對撞機LHC搜尋四代夸克，並充分探討其性質與可能之影響：以「3加I」方案三管齊下從事極重夸克研究，即直接搜尋、對撞機現象學、及晶格湯川耦合研究，「I」部份則參與畫素子偵測器第一階段升級(Pixel I)，建立CERN/臺灣中心。

在CMS實驗直接搜尋四代夸克的物理分析，配合藉國科會及臺大各計畫匯集人力建立的對撞機現象學新團隊，將以更長遠的眼光看待發現潛能與性質測量。而隨著四代夸克越來越重，其湯川耦合可能非微擾、甚或引發重夸克凝聚以致破壞電弱對稱性。爲了2012後的直接搜尋與現象學探討，湯川耦合的晶格研究是必要的突破性課題。

硬體是實驗之本、傑出團隊的標記。臺大與中大在CMS實驗「前置簇射子偵測器」(Preshower)有決定性貢獻，但若要長遠深耕，還要更上層樓。此次「攻頂」規劃超乎所求的切入了未來五、六年最重點的Pixel I升級計劃。此計劃仍由瑞士PSI主導，與德國DESY/Aachen/Karlsruhe及CERN/臺灣分成三個偵測單位元件(modules)生産中心，各負責三分之一的產量。CERN是我們在Preshower的合作夥伴，如今與更多的強大團隊並肩合作，將挑戰我們成長，使我們在2015年以後的LHC運轉居於中央位置，並打開參與2020年二階段升級研發之門。

預期成果

五年計畫内，有可能在CMS實驗發現四代夸克，並藉實驗與理論的互動，充分探討其性質與可能之影響，譬如是否已進入非微擾湯川耦合範疇、是否有重夸克凝聚現象而成爲電弱對稱性破壞的真實源頭。後者只能在晶格上探討，而藉新重夸克的發現，有可能顛覆大強子對撞機的主目標 ─ 希格斯粒子 ─ 直搗質量之源。另一方面，發現四代夸克將直達天聼，「飛越小林‧益川」，或許能解開宇宙反物質消失之謎。當然，五年内未必能發現四代夸克，而必須繼續探尋。爲此，Pixel I升級計劃的參與將鞏固我們在CMS的長期地位。無論四代夸克是否存在，核心硬體工作與物理分析並行，將使臺灣CMS團隊更臻一流。