臺灣大學2008年研究成果系列發表會高能物理新粒子研究台灣獲拔尖成果

近期榮獲「國際純粹與應用物理聯合總會」首屆「新秀科學家獎」的陳凱風博士，在美國費城舉行的「2008國際高能物理大會」中發表最新研究成果，顯示己發現「新粒子」徵兆，而在日本KEK高能實驗室也同步發布新聞稿指Belle實驗團隊發現三顆新粒子。這是我國近一年來在國際高能物理學界再度獲得「拔尖」的榮耀，堪稱為國際學術界的台灣之光。

這位年僅28歲並打敗各國頂尖新秀的臺大博士指出，此項新粒子徵兆的發現，是在日本的KEK高能實驗室所完成，該實驗室的Belle實驗目前有14國近400位科學家參與，我國研究團隊在侯維恕教授的指導下，於去年 (96 年) 11月向Belle實驗大會提出『能量掃描』方案，請求KEKB加速器配合運行10天。Belle不但通過了此項方案，並高度肯定其價值，立刻於12月執行。能量掃描的結果顯示令科學家驚喜的成果，認為極可能是新粒子，因為幾乎每個掃描點都顯示能量分佈不尋常，包括質量較鄰近已知介子重、寬度則減少一半！Belle實驗發言人因此決定與陳凱風之演講同步發佈新聞稿，宣稱已發現新粒子；陳凱風博士則表示將再推進實驗檢驗並配合理論研究，以確認是否為真正的新強作用粒子 (強子)。KEK實驗室目前正在審核Belle實驗的升級計畫。

李嗣涔校長指出，2008年北京奧運方才落幕，台灣雖未摘金，然而，臺大高能物理組不但在今年獲得多項頂尖的世界成就；更具有特別意義的是，陳凱風博士完全由台灣本土教育培養，在臺大完成學士、碩士、博士學位，在短短數年間即能夠登世界研究之頂尖，實為真正的台灣之光。

今年堪稱臺大高能物理研究團隊的「拔尖年」，傑出的成就包括今年三月份，臺大高能組主導發表Belle 實驗首篇，也是至今唯一的《自然》 (Nature) 期刊論文（作者為林盛文博士、侯維恕教授與張寶棣教授）。五月份，完全由台灣本土培養的陳凱風博士榮獲國際純粹與應用物理聯合總會 (IUPAP) 的首屆「新秀科學家獎」,這是從全世界近八年內獲高能實驗物理博士學位的眾多競爭者中脫穎而出，得來極為不易。而陳凱風博士所發表的發現「新粒子」徵兆的研究成果，顯然己領先以美、歐為核心，以史丹福為基地，高能物理研究重鎮所在的BaBar實驗。

陳凱風已於今年二月底派駐瑞士日內瓦，積極參與「大強子對撞機」CMS實驗的臺大團隊，與2000位世界頂尖高能物學家合作又競賽，可望進一步發現真正的新粒子。大強子對撞機預計將在9月10日首次在27公里長之全環注入質子束，並在10月21日舉行正式啟用典禮，屆時將有數十國之科技首長 (包括法國總統) 參加，我國的國科會也受邀觀禮。

李校長又指出，臺大高能組的《攀越粒子物理巔峰》計畫已在七月底獲選臺大「拔尖計畫」，將獲得更多經費掖助；他同時感謝國科會長期以來的大力支持，盼望一同持續強化既有的卓越成果。此外，李校長也呼籲我國國科會與教育部應與內政部一同重新考慮(役男)博士生出國年限的新限制，對研究卓越的青年研究者提供更具國際化視野的培養方案，才能造就更多未來的台灣之光。

　 新粒子研究過程說明

在經歷過各種題材的研究之後，侯維恕教授在95年對陳凱風博士說：「我們尚未找過新粒子，應當來玩玩看。」侯教授將可能是異類強子的 Y(4260) 衰變到J/的現象推廣到b-反b介子，並稱為「Yb介子」。陳凱風展開搜尋Yb的任務，利用Belle實驗所獨有、而BaBar實驗所無的(10869)數據，在96年發現(10869) →(1S)及(2S)衰變比預期的大了百倍以上，與Y(4260)的衰變十分類似。這篇論文已於今年發表在頂級物理期刊《物理評論通訊》(Physical Review Letters) 上。

[J/(為丁肇中院士所發現之燦-反燦介子，燦即c夸克;4260指其質量為質。質子約4.5倍。(1S)為與J/類比之b-反b介子，(10869)又稱(5S)。]

為了確認Yb介子的蹤跡，陳凱風與侯維恕在96年11月於北京舉行的Belle實驗大會中提出『能量掃描』方案，請求KEKB加速器配合運行10天。Belle通過了這個方案，但原本以為在2008年中才會做的掃描，竟在12月便已執行。這是因為三個Belle發言人之一的KEK實驗室山內正則教授，基於強烈的好奇心，主動提議在2007年底就執行! 陳凱風立刻修改Belle偵測器的後端軟體，並赴日在KEKB控制室坐鎮，12月6至17日掃描便已完成。

能量掃描的結果顯示可能是新粒子。幾乎每個掃描點都顯示不尋常的 (1S)、(2S)及(3S)產生，而能量分佈與(10869)，或(5S)，有差異：質量重一些、寬度減一半！Belle發言人在KEK新聞稿中宣稱發現新粒子，但還需要進一步的實驗檢驗與理論研究方能確認是否為真正的新強作用粒子 (強子)。Belle實驗正在等待KEK實驗室批准升級計畫。

就算是將來確認為新強子，有什麼稀奇呢？一般的介子，如前述，是由夸克-反夸克對藉「量子色動力學」強作用所形成，這是夸克模型的基本概念。俄國同仁所發現的另兩顆帶電Z1與Z2介子，是繼Belle實驗前發言人Olsen教授在去年發現的帶電Z(4430) 介子之後，再一次發現可能是由兩個夸克-兩個反夸克所形成的「四夸克介子」。Olsen教授的工作則部分受臺大趙挺偉教授所作的「晶格量子色動力學」數值計算預測的「四夸克介子」所啟發。而臺大高能组所發現的異常現象，若被確認為侯教授的「Yb介子」，則很可能是由夸克-反夸克對加一「膠子」組成之所謂「混種介子」。膠子在量子色動力學中有如量子電動力學 (即電磁作用) 中熟悉的光子，但光子可是不會被激發而形成「混種原子」的。膠子與光子的不同乃是它自己就會吸引夸克和反夸克！因此，確認「四夸克介子」與夸克-反夸克-膠子「混種介子」之存在，並建立其能譜，將可確認量子色動力學與量子電動力學的不同，因此是粒子物理學家的一大目標。

臺大團隊能提出獨特、新穎之計畫，讓KEKB加速器及Belle實驗為此專門運轉10天，實屬難能可貴。