探索"夸克-膠子電漿態" 中央大學參與sPHENIX實驗發表首批成果

新網記者林彥才桃園報導
2025/7/18 下午 04:18:18 / 電腦實境

　中央大學參與美國布魯克海汶國家實驗室的相對論性重離子對撞機(RHIC)最新實驗sPHENIX粒子探測器，已發表首批物理結果：精確測量由近光速金離子碰撞所產生數以千計的帶電粒子數量與能量密度。研究結果近期被《Physical Review C》與《Journal of High Energy Physics》兩期刊接受發表。這些測量為探測器深入探索「夸克-膠子電漿態」(QGP)奠定基礎。QGP是一種在約140億年前大爆炸後僅幾微秒內存在的特殊物質狀態。

台灣高能物理聯合實驗室完成組裝的sPHENIX INTT矽軌跡探測器模組，展現台灣團隊在高精度探測器組裝技術上的卓越能力，亦為台灣參與國際大型實驗計畫的重要里程碑。(中央大學提供)

　實驗顯示，原子核碰撞越正面，產生的帶電粒子數與總能量越高，驗證了探測器的精確度與穩定性。sPHENIX 發言人Jin Huang指出，這些測量確認了儀器校準無誤，也為後續高解析度探索QGP特性打下基礎。sPHENIX實驗另一位發言人Megan Connors表示，這項實驗首先成功地驗證了探測器對帶電粒子數量與能量的測量是正確的，這將使人類能更深入了解 QGP 的特性，並真正發揮這個探測器的物理潛力。

　這款新型探測器的特色之一是其高精度的軌跡探測器，能夠重建粒子的運動軌跡，即便是那些在碰撞中心周圍僅相當於數根頭髮寬度距離內產生並迅速衰變的稀有關鍵粒子也不例外。此外，sPHENIX還配備了一整套量能器，用以測量自碰撞中噴發出的粒子能量。其中，電磁量能器可測量電子與光子的能量；而強子量能器則是RHIC首次在碰撞區中央周圍配置的此類裝置，負責測量強子（由夸克組成的複合粒子）在各個方向射出時所攜帶的能量。Megan Connors進一步表示，這些成果凝聚300多位來自全球的研究人員心血，包括台灣學生與博士後。他們參與探測器建造與實驗執行，成果為QGP研究開啟新頁。

　中央大學高能物理團隊自2018年底正式加入sPHENIX實驗，與台灣大學高能物理團隊共同參與中間層矽軌跡探測器(INTT)的建造工作。台灣團隊負責的INTT矽探測模組，於國科會支持設立的「台灣高能物理聯合實驗室」進行組裝與測試，這是該實驗室設立後首項完成的國際級重要探測器建置任務。INTT計畫主要由日本理化學研究所(RIKEN)出資，台灣團隊提供探測器模組的組裝與測試技術，成功協助完成全系統所需約3分之1的矽模組。

　中央大學團隊的相關工作獲得教育部高教深耕特色領域研究中心（高能與強場物理研究中心）的經費支持。為促進區域合作與國際交流，中大於2019年與2022年兩度舉辦sPHENIX亞洲地區會議，並於2020年與2023年主辦 sPHENIX INTT工作坊，深化台灣與國際合作夥伴之間的技術與物理議題交流。sPHENIX實驗於2023年正式開始運轉，當前這項成果不僅驗證了sPHENIX偵測器系統的效能，也展現了台灣團隊在國際大型實驗中於探測器建造與前瞻物理分析上的關鍵貢獻。