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RESEARCH DEVELOPMENT

研發動態
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成大高能核物理實驗室　參與驗證愛因斯坦著名公式
成大新聞中心

發布於 2021/09/08

文、圖／成大物理系副教授楊毅
 
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STAR前置矽微條探測器的主結構在台灣高能核物理聯合實驗室完成，成員左至右：成大物理系研究助理馮展睿、博士生黃德荃、計畫主持人楊毅副教授
 
國立成功大學高能核物理實驗室參與位在美國布魯克海文國家實驗室（Brookhaven National Laboratory，BNL） 的STAR實驗，首次驗證從純能量（光子）產生正反物質對，這就是愛因斯坦最著名的質能互換公式：E = mc2，驗證結果發表在《物理評論快報》（https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.052302）。
 
STAR實驗為大型國際合作實驗，由13國、63個研究單位及超過600位科學家與工程師共同參與。成大物理系高能核物理實驗室負責人楊毅副教授2014年加入成大後，便帶領團隊參與此重要國際合作計畫，也是台灣唯一參與此計畫的團隊，得到科技部與成大的全力支持。
 
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STAR實驗升級計畫中的前置矽微條探測器（照片由布魯克海文國家實驗室提供）
 
這次的物理成果是利用在布魯克海文國家實驗室中相對論性重離子加速器（Relativistic Heavy-Ion Collider）所產生的金離子對撞中觀察到的現象，當兩個以接近光速互相對撞的金離子擦肩而過時（沒有真的對撞），只有金離子攜帶的高能的電磁場（也就是光子）對撞，從這樣的過程中觀察到電子與正子（電子的反物質）的生成，這個現象的反過程（電子與正子湮滅成光子）最早是由中央研究院首屆院士趙忠堯博士於1930年所發現。
 
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當兩個高速金離子互相接近時，所產生的光子互相對撞後產生電子正子對（節自https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=119023）
 
由於要從光子對撞來產生物質，需要極高功率及能量的雷射，因此之前人類想用雷射技術的方法還沒法實現，經過分析了電子正子對的角分布與質量的關係，並與理論做比較，驗證了真空中的偏振光在磁場下折射的現象，成大物理所博士生黃德荃在分析過程中扮演重要的程式品保任務。
 
此外，由成功大學、美國伊利諾大學芝加哥分校、美國布魯克海文國家實驗室、山東大學共同負責的STAR探測器升級計畫的前置矽微條探測器（Forward Silicon Tracker），已經在2021年8月成功完成組裝與測試，並安裝到STAR探測器中，成大高能核物理組在計畫中負責設計與製作探測器的主結構以及散熱系統，探測器的主結構設計是由物理系副教授楊毅與機械系副教授陳重德合作，請漢翔航空提供專業材料與製作上建議及製作第一個原型體。這也是第一次在高能核物理實驗中使用複合材料加上射出成型技術來製作探測器的主結構。
 
探測器的組裝工作則是利用了由成大、台灣大學、中央大學、清華大學以及中央研究院所組成的台灣高能核物理聯合實驗室中精密的儀器完成。成大按時出色地完成承擔該計畫任務部分，讓升級計畫在未來（2021 – 2025年）能收集更多數據來解開原子核中的秘密。
維護單位: 新聞中心
更新日期: 2021-09-08
 
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