[分享] 台大首頁-校園焦點

看板NTU作者lowpitch (chia)時間11年前 (2012/08/15 14:58)推噓15(15推 0噓 1→)

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臺大團隊參與歐洲核子物理研究中心CERN大強子對撞機CMS實驗發現新玻色子利用LHC持續搜尋新粒子及作用力今年7月4日於歐洲核子物理研究中心CERN、同步與在澳洲墨爾本舉行的 ICHEP 國際高能物理大會上，大強子對撞機LHC的CMS實驗團隊利用自2011年初至 2012 年 6 月所擷取到的數據，同步發表了尋找標準模型希格斯玻色子(Higgs boson)的最新結果。臺大物理系陳凱風教授指出，根據粒子物理學的標準模型(Standard Model)，希格斯玻色子應會在很短的時間之內衰變成已知的基本粒子。 CMS分析了五個主要的希格斯玻色子衰變管道。其中三個管道會生成一對玻色子：γγ光子對、ZZ玻色子對，或WW玻色子對(Z、W玻色子是傳遞弱作用力的玻色子 )，另兩個管道導致費米子對：bb底夸克對或ττ濤輕子對。本校游泳代表隊自2008年開始，在李嗣涔校長的支持之下，成為校內重點發展的運動代表隊伍，「培訓選手參加亞、奧運等國際級賽會」與「改寫全國紀錄、大專運動會大會紀錄」即為臺大游泳代表隊的培訓目標。程琬容同學的傑出表現讓校隊士氣大振，有信心再創佳績。在未來的規劃上，游泳代表隊將推動國際交流計畫。期待在國際泳壇上能看見更多的選手為國爭光，將臺灣的游泳水準推向世界頂尖之林！ γγ光子對及ZZ玻色子對這兩個管道特別的重要，這兩個分析管道對於質量的解析度特別高，讓我們可以估計新粒子的質量。分析 γγ光子對時，質量的量測是由在CMS的晶體電磁量能器ECAL所測量到的兩顆高能光子能量與方向所決定(如圖一)。而分析 ZZ玻色子對時，我們則需要量測 ZZ玻色子衰變成兩個電子對，或兩個渺子對，或是一個電子對和一個渺子對的組合。這些電子和渺子則是藉由電磁量能器 ECAL，中心軌跡偵測器和外圍的渺子偵測器來量測。希格斯玻色子衰變到雙W玻色子的分析就相對複雜。W玻色子會衰變至一個電子加上微中子、或是一個渺子加上微中子。但 CMS無法直接偵測到微中子。因此，標準模型希格斯玻色子衰變到WW玻色子對，在質量分佈圖上並不會顯現出一個窄的尖峰，倒像是在背景上出現一個寬廣的隆起。臺大團隊自2000年開始參與Preshower子偵測器建造與運轉，正是為了希格斯玻色子衰變到 γγ光子對而準備的。Preshower位於ECAL偵測器的正前方，就像是一副眼鏡一樣，增進 ECAL對於光子的解像度。能夠區分入射的光子是否為一個真正的光子，或只是強子所造成的一個背景事件。過去數年來由臺大博士生曾衍銘、雷永吉、高凱逸、張育瑋組成的現場團隊，在呂榮祥博士助理研究員的領軍下，幾乎包辦了Preshower所有的維護運作。雖然Preshower的唯一功能就是為了衰變到γγ光子對的希格斯玻色子所準備，但鑑於希格斯玻色子的分析團隊過於龐大，幾乎囊括了世界上所有的強大團隊與學校，且組內競爭極度激烈，在資源與人力落差超過一個數量級的不利條件下，臺大團隊在分析題目的選擇上是故意避開希格斯玻色子的部分。然而在前年年末，臺大團隊在CMS希格斯玻色子分析總召集人 Vivek Sharma教授的邀請下，正式加入希格斯玻色子到雙光子通道的分析。主要就是因為雙光子通道的重要性逐漸上升，需要倚賴臺大在Preshower偵測器專長的緣故。臺大團隊也藉此投入張育瑋與呂榮祥為核心人力，成功的打入希格斯玻色子的數據分析，而今天雙光子通道更成為最有影響力的衰變通道之一，臺大團隊的確付出實際的貢獻。陳凱風教授強調，以現有的CMS實驗數據量，應當有足夠的靈敏度以95%的信心水準，將標準模型希格斯玻色子自110 -600 GeV質量範圍完全排除。實際上，CMS也確實排除了希格斯玻色子在110 - 122.5 GeV和 127 - 600 GeV兩個質量區間。然而CMS無法排除希格斯玻色子存在於122.5 -127 GeV這個質量範圍，乃是因為我們在分析管道中發現的事件數，多於背景物理反應的預期量。 ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ ▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄ 圖二中，在雙光子通道中觀測到在125.0 GeV質量左右，有多出背景預期事件的訊號達4.1個標準差。在此管道觀測到新粒子，表示此粒子必須是玻色子，且新粒子也不能是自旋(spin) 為1的粒子。同時在ZZ玻色子對的質量分布圖與衰變角度分析，在接近125 GeV質量有多出背景預期事件3.2個標準差的訊號事件數。即使在WW玻色子對的觀測，在質量分布上也有多於背景1.5個標準差的事件數。bb底夸克對和ττ濤輕子對則沒有明顯高於背景預期的事件數量。 CMS團隊小心地驗證了所有的分析細節，包括偵測器的測量誤差，訊號事件的篩選條件，背景事件數量估測，和其他系統上或統計上的誤差等等。2011年的分析結果已經在125 GeV質量處顯現出可能有額外的訊號事件。因此，2012年的數據分析乃是使用了所謂的『blind』分析方法，亦即在所有的分析過程中，只有在我們已經確定了所有的分析步驟後才真正揭開目標的質量區間。事實上在六月15日的『unblinding』之前，沒有人知道實驗的結果，以保證沒有偏見效應，導致人為加強了訊號。在結合所有五個管道總和分析，訊號高於背景的顯著性達到4.9個標準差(圖三)。若是只對兩個最靈敏又對質量測量解析度最高的管道(也就是γγ光子對和ZZ玻色子對 )總和分析後，得到5.0個標準差的訊號顯著性。這代表了整各團隊看到的訊號是經由背景事件擾動產生的機率只有三百萬分之一。因此將觀測現象詮釋為在之前的實驗尚未觀測到的新粒子，而量測到質量為125.3 +/-0.6 GeV。測量到的粒子產生率(σDAT)大致符合標準模型預測的希格斯玻色子產生率(σSM)，其比例為σDAT/σSM = 0.80 +/- 0.22。然而，團隊依然需要更多的數據來測量所有衰變管道的衰變率，終而測量其自旋和宇稱(parity)，真正確認此新粒子的確是標準模型希格斯玻色子，或是超越標準模型、新物理的其他新粒子。更深入探測這個新粒子的物理特性。如果它並不是標準模型希格斯玻色子，我們將會探索它所代表的新物理特性。若它被證實就是標準模型希格斯玻色子，其物理性質將被仔細測量。 2013年後，LHC加速器以及CMS偵測器都會進行升級維修，為了更高能量的對撞準備。而臺大團隊也以攻頂計畫的支援下，參加重要性更高的Pixel子偵測器升級計畫。不論這次發現的玻色子是否符合標準模型希格斯玻色子，臺大團隊都會利用LHC提供在更高能量和強度的對撞，持續搜尋新的粒子或作用力。 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 140.112.101.4

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