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臺灣大學96年度研究成果發表會系列粒子物理學的新現象 新粒子與新理論發表會本週一舉行

臺灣大學96年度研究成果發表會系列「粒子物理學的新現象、新粒子與新理論」於96年4月2日（星期一）14:00在校總區行政大樓第一會議室舉行記者會。發表人物理系何小剛教授指出，目前最讓科學家們感到困惑的問題之一是宇宙學研究顯示人們熟悉的物質只能提供5%宇宙的能量，還有約25%的提供萬有引力但不發光的黑暗物質。另外，還有約70%的能量是人們瞭解更少的黑暗能量，他具有讓宇宙加速膨脹的作用。

在基本粒子物理的層次，人們會詢問是什麼提供宇宙中各種型式的能量以及為什麼物質會有質量。相對於宇宙的浩瀚，科學家所知仍極有限。因此，尋找更根本的物質和其性質，是物理學家的一大挑戰。臺大物理系何小剛教授和他的合作團隊Jusak Tandean (美國加州La Verne大學)和German Valencia (美國Iowa州立大學)，今年2月23日在物理學界最具權威性的雜誌之一美國《物理評論通訊》(Physical Review Letters)第98期發表文章(第081802號文章)指出，他們在分析美國「費米實驗室」HyperCP實驗意外發現的稀有衰變事例導出的新X粒子時推論出與產生物質質量相關之Higgs粒子可能已展現蹤跡。這一新粒子的出現，將導致描述基本粒子交互作用的標準模型的重新修正，取而代之的是可提供更佳解釋的「超對稱最小擴展模型」。國際物理學界對此一觀點表示出相當的關注。如經進一步證實將是粒子物理學界的重大突破。

此項研究結果引起國際相關媒體相當的關注。今年3月7日專門介紹國際科技成果的physorg.com網站在報導這些成果時，以「稀有衰變中的X粒子可能屬於新的理論」為題，指出何教授他們的分析可能開啟了發現新的具有很奇特性質之粒子的可能性。

3月6日英國物理學會網站physicsweb.org指出何教授他們的研究顯示與給予宇宙中粒子質量的Higgs密切相關的粒子已在稀有衰變過程中出現. 如果正確的話,我們現有的具30年歷史的標準模型必須被改進而更像超對稱模型.~)

世界著名科技雜誌《新科學家》 (New Scientist) 也注意到他們的研究成果。 在去年11月18日刊出文章指出，「世界上人們最想看到的Higgs粒子也許已在人們鼻子底下出現而被忽略了。」 ~)

HyperCP是「費米實驗室」的實驗，從1997到1999這一實驗收集了超過2310億個超子衰變事例，是當時世界上收集最多資料的實驗之一。它的主要目的是研究在超子衰變中的CP對稱破缺現象。從李政道與楊振寧因發現弱作用中P（鏡像）不對稱，和 J. Cronin與V. Fitch因發現CP（粒子─反粒子和鏡像）破缺，分別獲得1957年和1980年Nobel獎，不難看出CP破缺研究的重要性。CP破缺與人類能存在於宇宙中的原因直接相關，因為它是解釋為什麼我們的宇宙中構成我們的物質多於反物質的重要因素之一。

由於實驗數據的複雜性, HyperCP的物理學家們經過多年詳盡分析才於2005年宣告：由於精確度不夠，而無法看見「標準模型」所預言的超子衰變CP破缺現象，也沒有看見新的CP破缺現象。但他們卻意外地發現三例稀有西革瑪超子衰變到一個質子加上一對正負緲子（緲子是與電子相似但重兩百倍的粒子）。更使人們感到意外而且驚奇的是，HyperCP所發現的正負緲子對呈現出一新粒子的行為，人們稱之為X粒子。

何教授他們的研究結果表明「標準模型」不能解釋HyperCP數據。超對稱最小擴展模型有七個Higgs。更進一步的研究顯示新模型的七個Higgs中最輕的A01能起HyperCP之X粒子。這些結果也向人們提供了研究Higgs粒子之新方向。~)

Higgs粒子是一非常神奇的粒子。自然界中所有粒子的質量起源以及弱電統一標準模型之對稱破缺都與Higgs粒子密切相關。它是現有的標準模型中唯一還沒被發現的粒子。標準模型中的Higgs不可能是HyperCP所發現的X粒子。新的超對稱最小擴展模型是超對稱性的要求也預言存在另一質量小於己於150 GeV的和標準模Higgs相似的粒子。今年即將運行的大型強子對撞機(LHC)和以後的國際直線加速器(ILC) 極有可能發現新的Higgs，也許不只一個。

超對稱理論是粒子物理研究的重要方向。這一類理論預言所有已知粒子都有一相應的超粒子。這些超粒子的存在能幫助解決許多人們關切的問題，例如最輕的中性超對稱粒子能解釋為什麼我們的宇宙中存在25%黑暗物質。但是到目前為止，還沒有直接的超粒子證據。何教授他們的研究表明解釋HyperCP的結果將要求超對稱粒子之一的chargino必須在100 到200 GeV的區域。而且提供宇宙中25%黑暗物質輕的中性超對稱粒子會更輕。這些都將很容易被今年即將運行的 LHC和稍後的ILC驗證，即可證實何教授團隊所提的理論。人們極有可能在地球上直接產生黑暗物質。

何教授指出，要進一步弄清超對稱最小擴展模型特性，應作更多的相關實驗，以確認X粒子的存在。許多實驗物理學家已表達了這樣的期待，希望對大自然的規律和奧秘做進一步瞭解