臺大團隊參與「天壇陣列」研究計畫--ARA極高能宇宙微中子南極探測現場連線記者會 物理系陳丕燊教授擔任國際共同發言人

中華民國歷史上第一個南極科學研究計劃：天壇陣列 (ARA Observatory)天壇陣列(ARA (Askaryan Radio Array) Observatory)為一包括美、歐、日及臺灣的大型國際合作計劃，預定未來4年內，將耗資千萬美金打造100平方公里範圍之無線電天線陣列。屆時將是全世界最大的微中子天文臺。ARA也是南極星空中天壇星座(Altar)的古希臘及拉丁文名稱。這個天文臺的「望遠鏡」是由埋在海拔3000公尺高的南極極頂冰原中的37座天線探測站所組成，以兩公里左右的間隔呈現蜂巢狀之六邊形幾何，涵蓋100平方公里的大面積，來傾聽冰層下由極高能宇宙微中子所發出的訊息。在國科會及臺大梁次震中心的大力支持下，臺灣團隊將提供10座，超過四分之一的ARA天線站，並主導天線之研發。因此我國在此國際合作計劃中，佔有舉足輕重之地位，其計劃主持人臺大講座教授兼梁次震中心主任陳丕燊並擔任ARA國際共同發言人之重任。

今年起ARA將在南極極頂開始架設第一座天線實驗站。預定未來4年中將建造37座天線實驗站陣列。這個超大型望遠鏡將有助於科學家解開宇宙射線來源之謎、搜尋暗物質、甚至找到宇宙起源的答案。它除了可以解答宇宙天文最深處的奧祕，還能提供關於高能物理基本粒子交互作用獨一無二的數據。這是因為當超高能宇宙微中子和南極冰原中的質子或中子作用時，它的中心能量大約是世界上最高能量的加連器是在瑞士日內瓦的歐洲核子研究中心(CERN)的「大強子對撞機」(LHC)的十倍之多。在可見的未來，這將是唯一可以提供最高能粒子物理前沿資訊的管道。

微中子望遠鏡過去20年可說是天文物理的文藝復興期。各種望遠鏡，從無線電波到紅外線、微波、X光，不一而足。這些新型的望遠鏡帶給了我們從古未有的宇宙訊息。但是光波有一個問題，那就是它容易和物質作用而被吸收掉。所以我們沒有辦法利用光波看到宇宙的最深處。要看到宇宙最深處，還得另想辦法，新的辦法就是打造微中子望遠鏡。

微中子(neutrino)是一種基本粒子，它不帶電荷，質量輕到它幾乎以光速前進。它只參與「弱作用」，因此它能通行無阻，難以阻擋。宇宙裡到處都有微中子源。所以一旦產生了微中子源就可以穿越整個宇宙而不被吸收或阻擋。這也難怪科學家近年來致力於發展微中子望遠鏡。

60年代有一位非常聰明的前蘇聯物理學家阿斯卡瑞安(Askaryan)提出了一個構想。他建議利用南極洲的巨大冰層做為阻擋超高能微中子的靶。一旦超高能量微中子在冰層中終於和某一個原子核起了作用，產生了正負電子對(electron-positron pair)，正負電子對會一分為二，二分為四…造成十億、百億個正負電子對，沿著最初微中子從宇宙來到地球的方向繼續以接近光速前進。這種現象叫做「簇射」(shower)。阿斯卡瑞安更注意到，依照物理定律，這些大量的正負電子簇射在冰層中繼續前進時，正子較容易被冰吸收，結果使得原本中性的簇射，發展成一個帶電體。而帶電體在物質中以接近光速前進時，會發出一種「切仁可夫輻射」(Cherenkov radiation)。 阿斯卡瑞安於是主張藉由這種輻射的無線電波頻段，科學家可以去「聽見」微中子在冰層中發出的訊號。

臺灣的貢獻臺灣團隊之計劃主持人，臺大講座教授兼梁次震中心主任陳丕燊在過去幾年不斷積極地在國際場合提倡ARA微中子陣列望遠鏡。在他的倡議及領銜下，國際上有共同理想的專家們於2009年發表了一份白皮書，促成了ARA之誕生。更由於有國科會及梁次震中心經費的大力支持，臺灣團隊果然在新成立的ARA計劃中扮演關鍵角色。陳丕燊教授更榮膺ARA國際共同發言人之重任。臺灣團隊致力於設計製造最前端的天線探測器，並運用電腦模擬尋求最強增幅的天壇陣列佈陣法，甚至在理論上對微中子信號量測有極為重大的研究突破。

現在進行式為了安裝第一座ARA天線站，陳丕燊教授已於今年12月6日抵達南極極頂，在零下30度地球最冷的地方從事科學研究。此為中華民國歷史上第一個在南極的科研活動，意義深遠。除了研究工作，在南極極頂期間陳丕燊教授並應美國國家科學基金會(US National Science Foundation)之邀，於12月11日在南極站(Amundsen-Scott South Pole Station)進行科學講座: “High Energy Cosmic Neutrino Research in Taiwan”,介紹臺灣的高能宇宙微中子研究工作。這可能為臺灣創造另一項歷史性記錄。另外他也出席了一個難得的百年慶典。

巧遇南極百年慶典2011年南極會特別熱鬧。今年是人類踏上南極極頂的第100個年頭。為了紀念兩位南極探險先驅，來自世界各地的遊客、冒險家、歷史愛好者紛紛準備打算以南極點之旅來紀念兩位探險英雄。南極被人們稱為第7大洲，是地球上最後一個被發現、唯一沒有原住民的大陸。南極大陸的總面積為1390萬平方公里，相當於中國和印巴次大陸面積的總和，居世界各洲第5位。整個南極大陸被一個巨大的冰蓋所覆蓋，平均海拔為2350公尺。南極洲蘊藏的礦物有220餘種。

挪威人羅爾德·阿孟森(Roald Amundsen)和他的探險隊於1911年10月從鯨魚灣出發，於12月14日第一次到達南極點，成為登陸南極點的第一人。阿孟森的對手,英國人羅伯·史考特(Robert Falcon Scott)從鯨魚灣另一個方向進入南極點，則遲了一個多月，在1912年1月17日抵達南極點。但不幸的是，在返回途中，史考特一行遭遇風暴全部遇難。因此南極極頂的科學工作站站名叫做 Amundsen-Scott South Pole Station工作站，以紀念兩位探險先驅。今年12月14日在南極極頂舉行一場百年盛大慶典，挪威總理並親自出席。