臺大高能物理團隊實驗成果質量俱佳綻放異彩躍登國際舞台

經過七年的努力，台大高能物理實驗組在2001年綻放異彩，以質量均佳的耀眼成果，躍上國際舞台。去年七月份，台大高能組分享了高能物理國際合作Belle實驗的重大發現─B介子系統CP（電荷宇稱）不守恆，為國內媒體爭相以頭版新聞報導。事實上，台大高能組獨自在2001年尚有兩項重要新發現，分別於7月份及11月份於國際會議中宣佈，其中一篇剛在2002年2月4日登在最重要的物理期刊。而更具「發現」意義的另一篇，則在今年2月7日投遞正式論文發表。

台大高能組領導人侯維恕教授指出，人類知識的演進常是藉著抓到新的線索、契機，因而開創出新的領域。今天所投出的論文有這樣的潛力，因為台大高能組發現了前所未見的全新稀有衰變「品種」(1)(詳後註)，亦即正B介子衰變至質子反質子對再加一顆正K介子。這個衰變管道大約有百萬分之四的機會，而正反質子對顯出近乎「共振」的現象，與三體衰變的預期大相逕庭。或許正反質子對是所謂「膠球」（或其他強作用的「怪胎」）的衰變產物，但我們相信，從長遠來看，這一類稀有B介子衰變將可提供我們探索CP不守恆的新「縫隙」。更進一步說，人類有可能在將來藉這類稀有衰變尋找與CP不守恆息息相關的T不守恆，亦即時間反轉不對稱性。

CP不守恆在1964年初次發現，發現者於1980年獲頒諾貝爾物理獎。雖然因著人類已確知CP不守恆，咸信T也將不守恆，然而T不守恆則人類至今尚未發現到。不論是CP不守恆或T不守恆，都是關乎全宇宙物質起源及演進的重大科學議題。

（1）衰變的發現過程十分精彩，一方面突顯了「發現」的特性，另一方面也是國際合作架構中良性競爭的典型。B介子稀有衰變至質子等「重子」終態，是由台大高能組領導人侯維恕教授在Belle 實驗中約一年前開始發起推動的。侯教授是Belle實驗國際團隊（日、美、俄、台等十四國約三百人）的「稀有衰變」物理分析子群召集人。在組內初步探索後，台大高能組王名儒教授自2001年4月起投入稀有重子衰變之分析，在暑假便已有初步之徵兆，而在八月底開始異軍突起，看到（1）衰變，並於九月份之Belle分析全會中報告此一「發現」。

有趣的是，夏威夷大學團隊在數天後也宣稱同樣看到！（1）這，就開啟了國際團隊的「組內」激烈競爭。值得注意的是，夏威夷團隊在Belle 實驗中地位相當穩固。Belle三位發言人之一，Steve Olsen教授，是夏大的，而Belle的兩位「分析統籌人」之一，Tom Browder教授，亦是夏大的。分析統籌者是比分析子群召集人（約六、七位）「更高一層」的，而夏大的工作，正是由Browder教授所指導的（大陸籍）研究生所作的。

台大的回應是立刻增強人力，調配更早便已先行查驗過稀有重子衰變的黃宣誠博士後研究員，並分析經驗豐富的碩士生陳凱風同學投入「戰鬥」。組內良性競爭的好處，是能讓研究做的更仔細、徹底。因此，Belle 在11月中就在國際會議中公佈了這項發現，並設立審查小組，督促正式論文的撰寫。令人十分欣慰的是，Belle的最後決定乃是：論文採用台大所做的分析結果，由王名儒教授投遞至最重要的物理期刊，並任論文之聯絡人。因此，在台大與夏大激烈競爭之下，可說是由台大「勝出」！

Belle實驗的主要競爭對手，是由史丹福大學所主導，美歐等國為主幹的BaBar團隊（約600人）。在這個發現上，他們則是交了白卷。台大在2001年的另一項發現，是在最重要的「物理回顧信函」期刊2月4日這一期剛登出的（2）等四個稀有衰變管道。這些衰變，雖是人們預期中的，但台大高能組所發現的這四個管道的發生機率，竟都比理論家事前的預期值大了三、四倍，顯示我們對B介子的衰變機制，還有未明之處。台大侯維恕教授認為，這或許表示B介子在衰變後，有所謂「再散射」的現象〈中研院鄭海揚教授也提出類似想法〉。若是如此，那麼很可能會在其他B介子衰變出現大的「直接CP不守恆」效應，而這正是侯教授在Belle推動物理分析的主目標。侯教授也同時推動國內相關的理論探討，好與實驗組相輔相成。~)（2）等衰變的發現，是一個研究與教育配合，並研究工作「自發性」的典範。這一類衰變物理學家戲稱之為「顏色打壓」的衰變管道，因為B介子衰變後要形成終態時，相關夸克與反夸克發現彼此（強作用色動力學之）「顏色」不匹配，無法形成必須的「無色」強子態，因而衰變率就被打壓成了稀有衰變。這原本並不是台大高能組追求稀有衰變的方向。它乃是這樣被發現出來的。侯維恕教授在1999至2000年時給博士生呂榮祥同學的分析方向是某一類的稀有介子衰變。在2000年因數據量不夠，他並未看到所要找的衰變管道。然而可稱許的是，呂同學懷著鍥而不捨的精神，在前述黃宣誠博士的協助下，檢驗各相關衰變管道，原本乃是在「磨刀」。沒想到，一年前左右在「色壓」管道蹦出徵兆，而台大張寶棣教授在研究別的模式時，亦發現了（2）的出現。另外尚有名古屋大學一位博士生獨立注意到後者。有了這三方面的交互印證，Belle稀有分析組立刻將此論題提昇至最優先地位。台大高能組此時強勢運作，於四月份調派黃宣誠博士並前述陳凱風同學成立「戰鬥群」，各分擔兩個衰變管道，到七月份即已底定，共發現了四個管道，另兩個管道則有清楚徵兆。為此，呂榮祥同學被Belle派往七月份在匈牙利布達佩斯舉行之年度最大型高能大會，報告此成果。~)

事實上，黃宣誠博士是台大高能組於1998年畢業的第一位博士生。這一次的論文，由台大藉國際合作研究所培養出的學生及博士後，共同開發並獨立完成一篇有份量的論文，實在是我國高等教育提昇的指標，也是「國際化」的極佳示範──台灣有人才，該給他們國際級的機會！

在布達佩斯高能大會，由康乃爾大學主導的，較老的CLEO實驗亦同步發表了（2）的兩個管道。他們僅掌握了兩個衰變管道，不敵台大的4個到6個，這是因為他們僅投入一人，因此突顯了台大高能組人力調配得當，且將士用命。更有趣的是，Belle實驗真正的主要競爭對手，上述史丹福 BaBar實驗，同樣在「色壓」管道的發現上交了白卷。~)

有了這兩樁重要發現，台大高能組可說不但是在Belle實驗展露頭角，成為最重要物理分析團隊之一，實際上更是一躍而上國際舞台，開始發光。而台大高能組在1994年前還根本不存在！這樣的飛躍發展，即使在國際上也是十分少見的，卻是台灣「追求卓越」該有的企圖心。~)

台大高能組在Belle實驗中，在質與量的發展上均達到卓越的指標。Belle實驗共約三百人，台大團隊大約有十五人，佔約二十分之一 ，但2000年至今Belle二十餘篇已投出之期刊論文中，台大有6篇（含王名儒教授另一篇即將投出者），佔約五分之一強，比例驚人。如果前面兩篇「發現」帶著機運因子，則台大團隊其實自1999年起便在以穩健的方式推動分析團隊的建立。台大高能組在Belle的頭三篇論文，都是由侯維恕教授佈局，張寶棣教授實際推動執行（並有其大學同窗，聯合技術學院王正祥教授鼎力相助）。頭兩篇與夏威夷大學及日本高能實驗室人員合作，陳凱風同學自大學生起參與，台大的貢獻接近一半。第三篇由張教授指導研究生徐士傑（現服役中）獨立完成。這三篇論文均在2001年登上最好的期刊。張寶棣教授因而成為Belle發言人最看重且搶手的國際會議報告者之一。)值得強調的是，在最重要的年度高能大會中，台灣有極高的曝光率。2000年的大阪大會，張寶棣教授是代表Belle報告成果的七人中的一人，而到了2001年的布達佩斯大會，台大竟在11位代表Belle報告者中佔了3人，分別是張寶棣教授，前述呂榮祥同學，並目前已轉赴中研院高能組的侯書雲教授。像這樣顯著的代表比例，在全世界高能組中也是少見的。台灣團隊黃宣誠博士、王正祥教授及王名儒教授亦被Belle指派至國際會議中報告Belle的成果。台灣團隊在Belle 實驗的重要性是顯而易見。~)

台灣Belle團隊的建立，是多人長期努力的成果。侯維恕教授於1994年發起推動多年受國科會經費資助，費時四、五年,藉上野耕資教授及王名儒教授等的努力，於1999年將Belle子系統「前置量能器」在台大建造成功，實在是上述物理成果的奠基石。台大高能組於2000年分別再獲得教育部「追求卓越」計畫資助，推動由黃偉彥教授任總主持人的「宇宙學與粒子天文物理學」計劃之分項計畫二，繼續推展偵測器硬體研究。台大高能組尚與中央大學高能組合作，在國科會資助下，共同在2000年開始製作位於日內瓦的歐洲共同實驗室大強子對撞機（LHC）實驗偵測器子系統。衡諸台大高能組參與Belle實驗的成功經驗，未來數年能有更大的突破將是指日可待的。

(1),B＋→pp－K＋(2),B－0→D0π0