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希格斯玻色子的殘局

only-perception
・2011/09/25 ・857字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 536 ・七年級

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在科學家的粒子物理學基本模型中,最後遺失的那塊,快無處可藏了。那一塊,是一種稱為希格斯玻色子(Higgs boson)的基本粒子,被認為賦予所有物質質量,截至目前為止都躲過偵測。但是在瑞士日內瓦附近的Large Hadron Collider(LHC)工作的物理學家,包括一個來自UCSD超過二打科學家的團隊,已將絕大部分希格斯玻色子可能的質量範圍排除,剩下一段狹窄的範圍,這種難以捉摸的粒子或可在那邊找到。

“如果它存在,那麼一定會在那邊。到了十二月,如果它不在那,那麼它將被視為科幻小說,”Vivek Sharma,UCSD的物理學教授對Science NOW表示。Sharma協調這個跨國團隊,利用 CMS偵測器尋找希格斯玻色子。CMS是為了這次搜尋所佈署的二種大型儀器之一,另一個稱為ATLAS。

在長27公里的環上,將質子加速到近乎光速,接著使它們對撞,科學家藉此迅速重建普及於宇宙起始的狀態。在這一刻,希格斯玻色子,如果存在的話,應當浮現,然後很快地衰變成其他熟悉且可辨識的粒子,那是 CMS與ATLAS準備要偵測的。

Sharma最近在孟買舉行的 Lepton-Photon雙年研討會上報告,LHC運作才五個月,這二個團隊就已將絕大部分希格斯玻色子可能的質量範圍排除了 — 在百分之 95 的信心水準下。”如果希格斯玻色子存在,那麼它一定介於114 與145 GeV(十億電子伏特,一種質量的度量)之間,” 他說。在此範圍內的希格斯玻色子將以可預期的方式衰變。已觀測過這種粒子噴灑的科學家們預期也能從希格斯玻色子那邊看見,但頻率還不足以說,這些事件不過是知名背景過程的統計學波動。

決定性的詮釋將需要更多資料,而 LHC已經開始傳遞。在暫停一陣子之後現在恢復運作,這讓團隊能提升碰撞比率。在十月底前,這部機器所能傳遞的資料量,將是目前為止所累積的二倍。

“在希格斯玻色子的追獵上,我們現在進入一個令人非常振奮的階段,” Sharma說。”如果希格斯玻色子存在於114-145 GeV之間,我們應當開始尋找超越估計背景的統計顯著性,而結果若非如此,我們希望接著能整個質量範圍都能將之排除。不管我們會有哪一種重大發現,很可能在今年底答案就會揭曉。”

資料來源:PHYSORG: Endgame for the Higgs Boson [September 14, 2011]

轉載自 only-perception

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only-perception
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妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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希格斯波色子之後,持續運作的大強子對撞機又做了什麼?
科技大觀園_96
・2021/11/01 ・2735字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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大強子對撞機(Large Hadron Collider, LHC)隸屬於歐洲核子研究組織(European Organization for Nuclear Research, CERN),是一座巨大的粒子加速器,它包括一個位於地底、周長 27 公里的粒子加速環,就像粒子的跑道一樣。質子或是重離子在超導磁鐵的引導下,在跑道上急速奔跑然後對撞,物理學家就從這些對撞事件中,尋找新的粒子,探究未知的物理。

粒子發現年表。2012 年,科學家在大強子對撞機的對撞事件中,找到希格斯粒子。圖/何庭劭繪

LHC 在 2012 年就撞出了眾所期待的希格斯粒子,當時的物理界一片歡欣雷動,而最早預測希格斯粒子存在的希格斯本人以及同年提出理論的恩格勒,也在隔年獲得諾貝爾物理獎。LHC 很快就把主線任務解完了,那然後呢? 8 年過去了,LHC 並沒有因為主線任務解完就退休,這些年來,它仍然努力的製造一次又一次的對撞事件,畢竟科學家預期在 LHC 的撞擊能量尺度,應該還可以看到一些新東西,然而實際情況是如何呢? 

發現希格斯粒子的關鍵事件:希格斯粒子衰變到雙光子。圖/陳凱風提供

偏偏不倒的危樓—標準模型

在 LHC 找到希格斯粒子之後,研究團隊於 2015 年底起,把 LHC 的對撞能量從原本的 7 TeV 或是 8 TeV(1 TeV=1012電子伏特)調高到 13 TeV,運作了 3 年,這段時期稱為 LHC 的 Run II。撞擊的能量愈高,就愈能撞出罕見的事件。更明確的說,LHC 能撞出的粒子質量上限,大約落在總撞擊能量的 1/6,(在粒子物理中,粒子質量通常以能量單位表示),比這個能量更重的粒子出現的機率太低,事件樣本也太少,因此要有更多觀察,就必須把對撞能量拉高,並且累積更多數據。

全世界的物理學家正在針對這 3 年的數據做分析,長期參與 LHC 實驗的臺大物理系教授陳凱風說:「雖然還沒有分析完,目前的確是存在一些不能被排除的意外訊號,但是統計上還不足以證實這些是新物理所造成的現象。」在尋找新粒子這個目標上,雖然研究成果豐碩,但是量測結果並沒有明顯超出標準模型的範疇。

大強子對撞機近期 CMS 偵測器照片。圖/陳凱風提供

另一方面,研究團隊也希望根據新資料的分析,來修正標準粒子模型裡的參數,但目前測量出的結果,卻都和理論預測大致相符。「這是一種很詭異的感覺。」陳凱風形容。事實上,現有的標準粒子模型並不是很穩定,陳凱風說:「我們認為目前的理論架構一定有些毛病,但偏偏又找不出來。這就好像我們蓋了座危樓,但又找不出如何補強它,而地震來它還偏偏不會倒。大概就是這麼微妙的感覺!」

舉例來說,標準粒子模型包括了六種夸克:上夸克、下夸克、魅夸克、奇夸克、頂夸克、底夸克,以及六種輕子:電子、緲子、濤子,以及三種對應的微中子。而其中的頂夸克質量明顯比另外五個夸克大非常多,而微中子的質量小到無法直接測量,這在物理學家眼中,是不應該自然發生的;此外,標準模型也無法滿足這個幾乎只存在物質、絕大多數反物質都消失的宇宙。為了解決這個問題,物理學家也提出一些假設,例如,會不會其實還有更重的夸克與輕子、或是更多奇異的玻色子存在呢?「但從 LHC 的實驗結果,我們還沒有找到符合的訊號。」陳凱風說。

粒子物理標準模型的粒子成分。圖/Wikimedia commons

 「你當然也可以說,反正宇宙就是這樣運作,但我們覺得背後一定有某個機制導致這樣的結果,只是我們就是沒找到。」陳凱風並且以 100 多年前的元素週期表舉例,當初的週期表也是東缺西漏,但隨著一個個新元素的發現,這些缺口也漸漸被補滿。「而現在的標準粒子模型,就像是有著漏洞、明顯還沒完成的拼圖,卻又找不到東西來填補。」陳凱風說。 

臺大物理系教授陳凱風。圖/簡克志攝

Run III — LHC 改頭換面

儘管 LHC 的 Run II 呈現的結果意外的平靜,但 Run III 已經準備在明年啟動。

在 Run III 階段,LHC 將把對撞能量再往上調高至 14 TeV以上,這是 LHC 當初設計的最大許可能量。另一方面,研究團隊將對 LHC 做許多技術上的修改測試。這是因為在 Run III 結束後,LHC 將進行一次大改造升級,要將每次參與對撞的粒子數量與密度提升,這樣一來,對撞事件發生的次數會跟著上升 5~10 倍。

為了因應這樣的升級,許多軟硬體、零件也必須跟著升級,其中最重要的一項就是偵測器。比如說目前 LHC 底下的 CMS 實驗所裝載的量能器,主要材料是以一種鉛鎢玻璃晶體為材料的閃爍體,而這些安裝在偵測器頂蓋處的晶體長期接受高輻射劑量,已經有了不少缺陷,變得愈來愈不透明了。陳凱風說:「試想如果升級之後,還用一樣的零件材料,那原本經過 10 年才會損壞的,現在只要 1 年就會接近無法運作了。」因此,偵測器必須跟著升級才行。

新的量能器(High Granularity Calorimeter, HGCAL)會以矽半導體材料為主,並且切分成 28 層排成一列,這樣做的好處除了較不易打壞外,每一層都能獨立送出粒子經過時的位置資料,可以更準確地描繪出粒子穿越偵測器的物理反應。目前由臺大物理系教授呂榮祥、裴思達主持的硬體實驗室,就正在研製這種新型量能器。再加上也會一同升級的各種裝備,未來可以對粒子的物理特性有更精準的量測。 

▲在臺大製作的次世代量能器模組(開發中),做為 LHC 底下 CMS 實驗的新型偵測器,影片中可以看到模組上膠的過程,本影片由臺大物理系呂榮祥教授提供。
▲在臺大製作的次世代量能器模組(開發中),為上述影片更進一步組裝的過程,本影片由臺大物理系呂榮祥教授提供。

LHC 有來自全世界 85 個國家、超過 8,000 位物理學家參與,可說是全世界最大的實驗計畫。但在加速器的發展上,LHC 可能還不是終點,未來計畫籌建的加速器計畫,還包括 CERN 的未來環形對撞機(FCC)、中國的環形正負電子對撞機(CEPC),以及日本的國際直線對撞機(ILC)等。

雖然說這些計畫是否真的會有所進展,還要看未來的局勢發展,但我們不妨期待包括 LHC 在內的這些實驗計畫,會繼續帶給我們怎樣的驚喜!就如陳凱風在訪談快結束時所說:「希望我們下次討論的,是在對撞的數據中,我們發現了什麼有趣的新物理!」

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科技大觀園_96
82 篇文章 ・ 1104 位粉絲
為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。

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當你懂《重甲機神》角色名字的由來,你的物理也會跟著變好呢!|重甲科不科?01話
超中二物理宅_96
・2019/10/16 ・2935字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 568 ・九年級

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  • 文/施奇廷│東海大學應用物理系暨研究所 教授兼系主任

y編按:一日科宅,終生科宅。而身為終極科宅,只有科學家這個身份還不夠!當然要製作一部滿滿熱血的動畫啊!

而這麼科宅的計畫,泛科學怎能缺席!不只電影要看,更要讓我們一起來好好吐槽聊聊《重甲機神》裡的那些科學與不科學!這次就讓我們來看看,身為科宅,到底該怎麼幫角色取名字吧(無誤)XD

source: FlyingV 平台

當《重甲機神 Baryon》的企劃決定了之後,馬上就要開始為故事裡面的角色、機械、地點取名字了⋯⋯實際上並不是這樣。

一開始討論劇情大綱的時候,都還是以「主角機」、「男主」、「女主」、「男二」、「博士」、「基地」⋯⋯這種普通名詞來進行,因為要為這麼多人事地物取名字真的是一件很傷腦筋的事情啊!所以大家第一個動作都是先逃避現實。

不過真的開始進行製作之後,就無法迴避了。首先當然是「片名=超級機器人的名字」啦!既然我們走的是像「無敵鐵金剛」的「超級系」,而不是像「鋼彈」的「寫實系」路線,講究的當然就是「威力與氣勢」了!

而且因為是海洋及海底的故事,所以需要「厚重的裝甲」(耐壓殼)抵抗水壓;再來是「巨大機器人」這種意象,影射了「人依照自己的形象創造了機械神」,「人憑藉著科技的力量逆天行事」的意涵,所以是「有著厚重裝甲的機械之神」,因此「重甲機神」這個名字就浮現了!

當然啦,我們也不會否認是向「超獸機神」、「魔裝機神」這些名作致敬啦!

能「變形合體」是阿宅的終極夢想:Baryon 的命名由來

決定了中文名字之後,接下來就是英文了。「巨大機器人魂」發作完,當然就輪到「物理魂」爆發了,既然有「重」這個字,當然就是用「Baryon」(重子)囉!

物理學是研究「物質的基本組成」與「物質之間的交互作用」的科學,目前的物理學已經知道的基本粒子包括「夸克」、「輕子」、「規範玻色子」與「希格斯玻色子」這幾個種類。

我們日常看到的各種物質,都是由原子組成的,原子又由電子(輕子的一種)以及質子、中子所構成的原子核組成,質子與中子都是有三個夸克透過「膠子」(一種規範玻色子)傳遞的強交互作用力「黏」在一起。

凡是由三個夸克結合而成的粒子都是「重子」。重子的質量比輕子大很多(看名字就知道),也就是說,我們目前看到的大部分的物質,質量幾乎都來自重子。

組成質子與中子的 up 跟 down 是第一代;第二代則是 charm 與 strange;第三代 bottom 與 top,它們一度被部分人稱為 beauty 跟 truth。圖/wikipedia

其實會用「Baryon」這個名字還有一個原因,「無敵鐵金剛」固然經典,但是講到超級機器人,能夠「變形合體」,才是阿宅們究極的夢想啊!所以重甲機神一開始的設定是「三機合體」的機器人,這三部合體前的機械就稱為「真夸克」(Truth)、「魅夸克」(Charm),以及「奇夸克」(Strange),分別由男、女主角以及第二男主角駕駛。

目前夸克一共有六種,分成三代。組成質子與中子的 up 跟 down 是第一代;第二代則是 charm 與 strange;第三代 bottom 與 top,它們一度被部分人稱為 beauty 跟 truth,不過可能大部分的物理學家覺得這兩個名字太過浮誇,所以採用了比較平實的名字。

但是我們要用的話,當然要用浮誇版的「Truth」啦!至於女主角本來應該用相對於「Truth」,同一代的「Beauty」,不過比較起來「Charm」似乎在語感上更勝一籌,所以在懂得粒子物理的人眼中,採用「Charm」的女主角跟採用同屬第二代的「Strange」夸克的第二男主角反而被「送作堆」了。

考慮我們的觀眾群中,粒子物理專家應該不多(吧?),所以還是以「語感」作為命名的優先考量。

包辦陸、海、空:男女主角命名由來

然後三個主要角色的名字,以海為家,因劇情需要經常得怒吼的男主角就叫「雷鳴海」。

男主角雷鳴海。

身為偶像歌手,擁有天籟歌聲的女主角則是「苗天音」。

女主角苗天音。

第二男主角是個「出生於英國的前美國空軍飛行員」,加上要向「蓋特機器人」的「陸、海、空」三機合體致敬,所以就把「全世界試飛過最多飛機、在航空母艦起降最多次的世界紀錄保持人,英國傳奇飛行員 Eric Brown」加上英國的名門飛機製造商「Westland Aircraft」合起來,叫做「Eric Westland」好了!

第二男主角 Eric Westland。

附帶一提,Westland 出品最有名的是活躍於 1950 年代的泛用艦載攻擊機「Wyvern」(飛龍),這個代號也使用於押井守導演的名作「機動警察」電影版第二集中,「疑似叛變」的日本空軍 F-16J 戰鬥機,所以本片出現的 F-35 戰機,自然就是叫做「Wyvern」囉!

不過雖然機器人以及主角的名字想了這麼多,可是很不幸的,「三機合體」這個設定被取消了,因為這會讓作畫複雜度與製作成本大幅增加,只好忍痛放棄!

不只如此,一開始「由各種物理研究儀器拼裝而成的機器人」也因為機械設定與作畫的難度太高而做罷,改成探勘海底資源的作業機器人「重甲機兵」以及對抗侵略者的戰鬥用超級機器人「重甲機神」,不管哪一個,都是「一開始就是個機器人的機器人」!

再會了!我們的「物理儀器拼裝機器人」!

還好至少「重甲機神 Baryon」這個名字就這樣定下來了,三個主角也沒有特別要改名的理由,維持「陸海空」三人組。

創造重甲機神的博士:命名「司空」、「弦」來自「物理語感」

接著是兩位物理系老師的代言人,製造出重甲機神的瘋狂博士,取名為「司空弦」!「司空」字面上可以引申解釋成「掌管宇宙的物理定律」之意,「弦」則是影射目前試圖統一解釋所有物理現象的「弦論」(string theory),當然,本片中並沒有碰觸到任何跟弦論有關的物理學,純粹只是「語感」很物理!

另一方面,阿宅們大概也猜得到,是在向「無敵鐵金剛」中的「光子力研究所」所長「弓弦之助」致敬。

瘋狂博士司空弦。

最後是重甲機神的家,為人類開拓海洋新邊境的海底都市。決定這個海底基地的名字花的時間連一秒鐘都不到就達成共識,當然是叫「鸚鵡螺」啦!鸚鵡螺是存活在地球上已經數億年,有「活化石」之稱,是古生物學家與演化學家眼中的寶物。

因此,法國科幻小說先驅凡爾納,在他的經典名著「海底兩萬哩」中的超先進潛艇,就命名為「鸚鵡螺號」。之後美國海軍第一艘服役的核子潛艦,也以此命名。目前在太平洋巴布亞新幾內亞海域水面下 1600 公尺,執行人類第一個深海採礦計畫「Solwara 1」的公司,名字就叫做「鸚鵡螺礦業」……

海底都市「鸚鵡螺」的設計圖。

嫌老氣又誇張?這種文字的魔力中二中年才懂得

在創作的過程中,「命名」其實是一個相當奇妙的作業。「名字」只是一個代號,不管名字怎麼取,故事都不會改變,但是「語感」還是有可能會微妙的影響閱聽者看這個故事時的感受,這就是文字的魔力吧!

此外,趁著為角色命名時,可以任意加入自己的各種惡趣味與執念,也算是創作者的特權。至於本片陸續公開情報之後,不時有聽到這樣的抱怨:「雷鳴海、司空弦什麼的,也太老氣又誇張了吧!」由於創作者是幾個中二中年,想出來的名字會有這種感覺也是剛好而已,還請各位多多包涵啊!

超中二物理宅_96
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