B介子系統~探索宇宙誕生奧秘爭取物理界諾貝爾獎~本校高能物理實驗室與全球同步發表研究成果

由十四個國家約三百個物理學家所組成的Belle實驗國際合作研究團隊,在台北時間七月二十三日下午四點,於羅馬、東京、台北(於本校凝態科學暨物理館)同步公佈最新成果。物理系指出,費時兩年,在日本高能實驗室的研究成果針對在B介子及反B介子系統中電荷宇稱的不對稱性(Acp)最高達0.99±0.15。此Acp值若為1代表完全不對稱、為0則代表完全對稱。

三十七年前科學家J.W.Cronin和 V.L.Fitch曾在K介子系統量測到電荷宇稱的不對稱性,並於1980獲得諾貝爾獎。電荷宇稱是關於物質與反物質之間的對稱關係。物理學家在實驗室中可用能量產生成對的物質及反物質,所以科學家們堅信在宇宙誕生大爆炸之際,世界上是有等量的物質及反物質。時至今日,整個宇宙但見物質不見反物質,要解開這個自然界之謎,多個國家一起合作投入數億美元,以人造方式大量生產B介子及反B介子對,希望藉著量測它們衰變至特定管道的機率,而判定此系統中有無電荷宇稱被破壞的現象,以擴展人類對自然界的基本認識。現在所公佈的結果是在99.999%的信心水準,證實了B系統的電荷宇稱有不對稱性,且此對稱性的破壞在某些時候幾乎為100%。

台灣參與Belle的實驗團隊有台灣大學、高雄師範大學、聯合技術學院,是由台大教授侯維恕於1994年率領加入。經費上一直靠國科會的資助,累計七年來獲得約5000萬台幣。本校在硬體貢獻上負責製作一亮度監視器,此探測器極接近反應碰撞點,故必須抗輻射且能即時提供亮度資訊,由於產生足夠多的正反粒子對是實驗成敗的關鍵,此儀器曾登上日本高能雜誌封面及亞洲物理雜誌封面。而在量測電荷宇稱的不對稱性中,用於探測B介子衰變位置的關鍵儀器--矽頂點探測器,台灣大學亦有參與其更新計畫,上述硬體工作是由上野耕資客座教授及王名儒副教授負責。

在物理分析上,台大侯維恕教授領導一個分析小組,張寶棣助理教授並為Belle四人代表之一,在去年國際會議中,報告初始物理研析成果,中華民國的國旗與各參與國併列,榮登國科會自然科學封面。總計台灣參與的人員有教授級7人、博士後1人、博士生9人、碩士及大學生多人,在實驗中成果顯著,貢獻甚大。現在國際上另有由歐美國家為主的實驗團隊,在美國加州史丹福大學的直線加速中心與Belle競爭。日前他們也發表了所觀測到的值為0.59±0.15。現二團隊的重要人員正在羅馬報告各自實驗的方法及比較量測結果。相信在未來收集到更多的實驗數據下,此測量值會越來越精準而物理基本知識必會有突破性進展。

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