寶棣叔叔小檔案：

張寶棣，1985年畢業於台大物理系，1994在美國東北大學獲物理博士學位，專長是高能實驗物理。1994-1999在中研院物理所做博士後研究員，1999年8月任台大物理系助理教授，2002年副教授，2006年教授。

親愛的創作坊大朋友和小朋友：

自從秋芳知道我的研究是大團隊的國際合作，在台灣面臨全面國際化的衝擊時，她希望我可以和大家分享，這種「小國寡民」的堅毅求生，如何在競爭激烈的環境中尊榮而有價值地生存？於是，在七月的這封信裏，我們將一起走進台大高能團隊，領略從無到有、並且不斷在成長中迎向挑戰的艱辛和歡愉。

1.  物理與高能物理

「物理學」研究的是各種現象的背後的成因和物質遵守的法則，如聲、光、電，甚至大到整個宇宙和星系，都是我們的研究對象。

「高能物理」又稱「粒子物理」，主要是研究宇宙中最小的組成粒子，和支配它們的交互作用力。譬如說，我們知道物質是由原子構成的，原子內有電子和由中子和質子組合的原子核；其實中子和質子還有結構，他們裏面有夸克和膠子，彼此間的交互作用非常大，比電磁作用力大多了。

據現在的瞭解，夸克和膠子是沒有體積、沒有結構的，或許應該說以我們現在的科技還測不出它們的體積。高能物理研究的，就是這些粒子和它們的合成粒子。

物理研究可分「理論」和「實驗」兩大區塊，彼此相輔相成，缺一不可。

我到美國念書，念的是實驗高能物理，這可是我年輕在台灣的時候，不可能從事的研究。原因是高能實驗有幾項特徵，民國70年的台灣條件不足，只能研究高能理論，不能做高能實驗。

高能實驗的特徵如下：

(1)它需要的經費很多，不是在一般的實驗室可以做的。

先前說到「夸克」和「膠子」在質子和中子裏，其它更高質量的夸克自然界沒有，必須用粒子與粒子碰撞的方式將它們「造」出來，所以，實驗研究的一種方式，便是製造加速器，將粒子加速到幾乎像光那樣快後對撞，產生一大堆粒子，再用精密而又高效能的偵測器量測這些粒子而做研究。

「加速器」和「粒子偵測器」是非常花錢的，以我做博士後研究員時，在美國費米國家實驗室的正反質子對撞機為例。建造的費用不算，光實驗運轉時每月的電費便超過150萬美金。

另一種研究高能物理的方式，是製作精密、很多時候又龐大的偵測器能測量，從宇宙飛來高能量的粒子、或是從核電廠產生大量，被稱為微中子的粒子。

圖示這兩個大型偵測器，第一個是位於南極的冰立方〈IceCube〉實驗，另一個是在日本神岡的超級神岡實驗〈Super Kamiokande〉。

這兩個實驗都是為了研究天外飛來的微中子，正在如火如荼展開研究的實驗。

   位於南極的冰立方實驗偵測器示意圖。

偵測器由86條放在地底下1450到2450公尺的管子組成，而每一條管子包含了60組光模組來測定光通過該管子的位置。最上方是收集光模組傳送來的訊號之處，含蓋的面積達1平方公里。

當宇宙高能量的微中子撞擊南極的冰層而產生高速的帶電粒子，而一旦這些帶電粒子在冰層裏的速度超過光在冰層裏的速度時，會產生藍色的光。

冰立方偵測器偵測到這些藍光，鎖定帶電粒子的路徑，進而推知微中子是從宇宙何處而來。冰立方整個實驗經費大約花了2.7億美金，實驗於2010年12月全部建造完畢。

   超級神岡實驗偵測器內的光電倍增管（Photo Multiplier），實驗家正在維修這些倍增管。

這些光電倍增管遠大於我們一般實驗室所用的倍增管，共有約11,200個那麼多。放置於高41.4公尺、圓面直徑39.3公尺的圓桶內層表面，桶內注滿了非常非常乾淨的水，重約5萬噸。每一個光電倍增管造價3000美金。

整個偵測器大約要1億美金。超級神岡實驗位於神岡礦脈、茂住坑地底下1000公尺處。

(2)採國際團隊合作的方式進行

由於高能實驗的規模大，許多實驗需要許多合作者建造偵測器、撰寫軟體程式、從事物理分析，所以不是一個研究單位，甚至不是一個國家可以獨立完成的。所以常常採取國際合作的方式，你負責建造某一部分的偵測器，我負責另一部分，物理研究課題也是要彼此合作的。

 
    位於美國芝加哥西郊的費米國家實驗室空中鳥瞰圖。

兩個圓環底下是「超導加速器」，圓周長各自是6.4公里，環上白色的是冷卻水，為了加速器運轉時會排放熱所設。遠方那個為主環〈Main Ring〉，於1983年造好，當時花了1.2億美金，兩座對撞機偵測器就位於其中兩個對撞點上。

近一點的環是主注射器〈Main Injector〉，於1999年完工，用了2.9億美金。

 
   費米實驗室內主要研究和辦公大樓，以開創實驗室的領導人Robert Wilson命名為Wilson Hall，是一座16層樓的建築。

由於芝加哥座落在伊利諾大平原上，四面望去看不到一座山，這座大樓是這附近最高的地方。

我的研究生和博士後研究員的生涯，大部分在費米實驗室裏渡過，8年的歲月匆匆而逝，充滿了許多回憶。

(3)高能實驗的偵測器和電子讀出系統，常常需要自行設計製造。

根據實驗自行研發出來的偵測器，市面上買不到，訊號讀出系統也多是自行設計。所以，申請的經費，很大的一部分是用來買材料和電子元件來製作偵測器。

(4)每個實驗都有一個最主要的實驗目標

因為高能實驗花費甚鉅，所以這類實驗都要有一個明確且科學上重要的主目標，各國政府才會出資支助。因此，一開始提計畫時，物理上的「主目標」是非常關鍵的，一定要是可以達成的。

當然啦，一個實驗若能做多方面的物理研究更好，以加速器為基底的對撞機實驗，通常是可以研究許多的物理課題。

(5)需要好的管理

既然是國際團隊合作，合作者可多達數百到數千人，妥善的協調和管理是成功的要素。

所以，同實驗的各研究單位，彼此合作也彼此競爭；再加上有時候因科學實驗不能只有一組實驗結果，需要別的實驗互相驗證，所以同時會有兩個或兩個以上的實驗做同樣的研究，因此競爭就更形激烈。

(6)不能容許失敗

因為高能實驗花費的經費和時間較長，所以實驗設計時必須經過籌密的計畫和審慎的評估，不能因人為的因素而失敗。所以，一遇危機就必須妥善處理，即時找出原因，迅速解決。

有的實驗在實驗運轉之後，就在考慮怎樣改進實驗，做偵測器的研發。大型的高能實驗運轉後，可持續10年到15年的研究。持續的研發是必需的。

2.  「B介子」工廠實驗和「台大高能組」的建立

(1) B介子工廠實驗

90年代初期，太平洋兩岸位於美國史坦福大學旁的線性加速器實驗室(SLAC)，和日本筑波市正負電子加速器研究機構的KEK實驗室，各自提出建造B介子工廠實驗計畫。

其首要目標就專業術語而言，是找尋B介子的宇稱‧電荷的對稱破壞，翻成一般人能瞭解的話來說，就是想確認粒子與其反粒子性質是有些不同的。

為什麼這項研究重要呢？現在物理學的知識和實驗上的證據，告訴我們任何粒子都有其相對的反粒子，而且它們遵守一樣的物理學法則。譬如說帶負電的電子，其反粒子是帶正電的正電子，質子是帶正電的，而其反粒子是帶負電的。

天文學的資料顯示宇宙開始的時候是很小的，溫度極其高，充滿了能量和基本粒子。

如果起初有等量的正粒子和反粒子存在，那麼正粒子與反粒子撞在一起會煙滅成光，那麼隨著時間的演化，整個應該是只有光充斥在宇宙間，既無星球更無生命。

換言之，粒子與反粒子是完全的對稱的話，宇宙是一片死寂，不會有你我。但是，我們發現我們的世界是有生命的，夜晚有許許多多的星星在眨眼，進一步發現我們的世界是由正粒子構成的正物質所組成。那麼，反粒子和它可以組合的反物質、反星球都到那裏去了呢？

我們發現，整個銀河系的反物質是非常非常少的，不然它們碰到正物質就雙雙化為光，在地球上的我們就能用天文望遠鏡看到這些光，可是我們並沒有。

因此，粒子和反粒子一定有些許不同，也就是對稱性被破壞了，這是我們世界之所以存在的必要條件之一。簡言之，完全的對稱（或稱完美）導至一片死寂，些許的對稱破壞（一點點的不完美）卻能產生有生命的世界。

我這樣說頗有古人云「亢龍有悔」的意味。

由於瞭解電荷‧宇稱的對稱破壞是非常重要的物理課題，況且主目標量測的方法已經確立了，再加上B介子工廠實驗的研究課題極為豐富，美、日雙方政府分別同意斥資約4億美金，於1995年開始建造加速器和偵測器。

日本的B介子工廠實驗取名為Belle，是法語「美女」之意；而美方則將自己的實驗命名為BaBar，意思是「大象」。其中滲透出來的思維，對照著看，頗有幾分興味。

兩個實驗同一年開始建造，於1999年造好。

正負電子加速器差不多同時運轉，開啟了太平洋兩岸10年的競爭。

反物質炸彈比核子彈的威力要強多了，它的效率是百分之百。世界上第一個反氫原子就是於1995年在歐洲粒子物理中心製造出來的。

解碼作家丹、布朗，以反物質做體裁，寫了一部小說《天使與魔鬼》，以梵締岡教會司庫，從歐洲粒子物理中心偷到「反物質」製成反物質炸彈為主軸，後來這部小說還拍成電影。

(2)建立台大高能組

1993年，BaBar和Belle都與當時在台大任教的侯維恕教授接觸，希望台大甚至台灣其他的研究單位參與B介子工廠實驗。

90年代的台灣因經濟的發展，國家漸漸有錢了，科研經費也給的比較寬裕。當時已經有中央大學和中央研究院組成高能團隊，分別參加瑞士歐洲粒子物理中心和美國費米實驗室的實驗。

我自己就是在1994年成為中研院高能團隊的一員，從事正反質子對撞機實驗。

侯教授是理論學家，對稱破壞和B介子物理是他的專長，研究做得非常出色。他瞭解到這是參加世界級實驗的絕佳機會，做為研究型大學的台大應該要有研究人員參與；況且加速器建造費用是由所在地的國家負擔，台灣不會出太大的經費。

雖然無法預期這個還未成立的團隊會不會有發展，但總要有個開始。所以，他開始向國科會請經費，想辦法聘博士級研究員和邀請其他學校的實驗家合作，推動台大的高能實驗研究，從零開始建立高能團隊。

侯教授第一個面對的抉擇是究竟該選哪一個實驗？

美方有經驗、有歷史，許多美國有名的研究單位和西歐的團隊都加入BaBar實驗，團隊成員有七、八百人之多。

日方的實驗室亦有歷史，但幾十年來並沒有極重要的發現，參加Belle的團隊大都來自日本，亞洲、澳洲、俄國和東歐，再加上美國幾個學校，總共差不多四百人。參與實驗首要是要知道要做什麼，我們已有自己想要研究的物理課題，但實驗初期總要在偵測器建造上有所貢獻。

經過侯教授一些實驗家朋友的建議，做為一個新成立的小組，台大應該負責建造小的偵測器， 才能有自己的定位。經過與BaBar和Belle實驗的接洽之後，明顯地，只有加入日方我們才可能獨立製作一個子偵測器。

事實上，即使美、日兩方條件相等，我們也不會選擇美方。因為日本離台灣近，去日本不會有時差的問題，早上坐飛機去，下午就可以到日本展開工作。再者，我們參加實驗是要能參與實驗有所貢獻，不是去一個名人眾多的團隊掛個名、沾點光；Belle人數較少，也就是機會更多，雖然一般人看好美方，選擇日本的實驗對我們才是利多。

台大高能組於1994年秋加入Belle實驗，確定要在Belle偵測器前後兩端，建造量測正負電子對撞的亮度檢測器。至於偵測器該怎麼建，還在探討之中。

接下來，一方面要聘請實驗家成為物理系的專任教授，帶領實驗研究；另一方面便是將子偵器建造定案。

現在回想起來，這真是一個大膽的計畫。

一個剛成立、又沒有實驗家領軍的的團隊，在一個世界級實驗要獨立製作一個小偵測器，成功的機會有多少？Belle團隊中其他國家的的研究人員可是在旁邊看呢！

更何況，接近加速器電子束流之處有許多高能量的光子和各式各樣的粒子，很容易把偵測器打壞；即使不打壞偵測器，這些粒子造成的雜訊可能過多，使偵測器無法達到原來建造的目的。

我們的成長經驗，真可以做為後來參加大強子對撞機計畫的參考和借鏡。

3.  成長與卓壯

台大高能組從開始只有四個人，到現在成為超過40人、在國際上都有競爭力的團隊，除了認真努力這基本要求之外，主要是有完善合理的計畫。

台大的優勢之一，就是有資質不錯的學生，用心指導這些學生，就會獲得不錯的成果。

 (1) 偵測器建造與人力的成長

台大高能組出初期的時候也是遇到許多的挫折。加入Belle實驗之後，已有規模的中央大學高能團隊也因台大的鼓吹，加入Belle實驗，合力建造亮度檢測器。

一開始，台大、中大各自提出建造此偵測器的構想，採用不同的設計。

不久之後，苗栗的聯合大學和高雄師範大學都新聘高能實驗家擔任專任教授，都加入了Belle實驗，參與偵測器的初期設計與研發，形成了台灣團隊。

台灣團隊就有第三方可以來裁定這兩種製作方案。

整個Belle團隊也成立了審查委員會，來審查台灣團隊的偵測器計畫。所以，即使我們沒有經驗，從一開始我們就循正規路線，先有「構想」，再有「計畫」，也要由專業、而有經驗的審查委員來「審核」，絕對不是急就章。

台大團隊遇到的第一個挫折，是1995年好不容易聘到的兩位在研究上已有成就的實驗家，都因其他因素不能到台大任教。

高能組只剩一位1996年做為客座的日籍上野教授能夠執行偵測器的實際建造。上野教授是有大實驗團隊負責大偵測器建造的經驗，若沒有他在，我們不可能完成我們的計畫。

後來，審查小組就經費、時程、困難度做出裁決，中大案花費太高，台大的量能器案成為亮度偵測器的建造藍圖，稍後它被命名為「前置量能器」(EFC)。

我們必須在1999年春，將量能器與其他Belle子偵測器，整合連接如圖示：

       Belle偵測器示意圖。

Belle偵測器大約三層樓高，從下方所畫的人的身形，可大約知道偵測器的大小。

 
   位於日本筑波市的國家高能加速器實驗室（KEK）。環型黃色線就是加速器的位置。

中大團隊因為研究計畫過多、人力不足，無法參與量能器的建造。   

1997年，原在高師大任教的王名儒教授，回母系台大物理系任教，他的主要任務就是與上野教授共同負責前置量能器能準時且成功地製造完成。

那時，我們除了兩位教授外，就只有幾位研究生和一位助理，所以台大高能組初期絕大部分人力都放在建造量能器上。這部子偵測器是完全在台灣建造的，除了BGO晶體是向俄國購買之外，從前端放大器，後端的讀出主機板和讀出系統，到偵測器外殼支撐、冷卻系統和控制軟體等都是自己設計在台製造組裝的。

1999年春，前置量能器成功地與其它子系統，組裝成為一個完整的Belle偵測器。

   台大所製的兩個前置量能器中的一個。

       Belle二代矽微條偵測器尚未裝入Belle主偵測器的照片。

2001年，高能組加入二代矽微條偵測器的建造。

其實，建造期KEK的研究員也給我們許多幫助，我們缺少測試系統的時候，他們從日本整套搬過來給我們使用，我們到現在都心懷感恩。

雖然這個量能器並沒有新的技術，一開始還有幾個訊號管道不通，但在僅僅兩年的期限下完工，已經很難得了，所以日本《高能新聞簡訊》和《亞太物理季刊》，都報導了台大製造的量能器成功運轉了。 

 
       1999年，日本高能新聞簡訊。

       1999年，亞太物理第二期公報封面。

1999年初，為了瞭解伴隨加速器電子束流而來的輻射光強度，和提供正負電子對撞的訊息，計畫排定先建一個只用少量晶體建構的部分前置量能器，來確認對撞和測輻射。

幾個月後，完整的量能器與其他子偵測器整合成為Belle偵測器。

兩座B介子工廠是日方先成功地讓正負電子對撞。

台大高能團隊成功地建造了前置量能器，獲得了Belle同僚的肯定。

我們於2001年受邀加入矽微條偵測器小組，建造Belle二代矽微條偵測器。這次 合作相當成功。我們負責的兩項關於電子讀出系統的建造，都按時成功交貨，而且沒有瑕疵。

在一個國際合作計畫裏做研究，壓力是非常大的；萬一沒有做好，導至計畫延誤或失敗，不但要擔負失敗之責，甚至會讓其他同事對你這個國家的科研能力做負面的評價。

(2) 物理分析

高能物理實驗花了許多錢建造偵測器和加速器，目的是要研究物理。

台大高能組初期大部分人力都投在建造前置量能器上，雖然有想要研究的物理題目，但沒有太多人力做物理模擬，為數據分析做準備。

事實上，任何高能實驗在建造階段還沒有數據時，都是在撰寫電腦模擬和分析程式，以便實驗順利運轉時能很快的分析數據、發表結果。

初期時，台灣Belle團隊是由聯合大學的王正祥教授，帶領台大的大學部學生做模擬分析的工作。1999年，我被母系聘回任教，主要就是要我帶領分析團隊，做出結果發表論文。

王正祥教授是我大學同學，彼此合作，互相支援。

當我加入台灣Belle團隊時，侯維恕教授已經定下了研究的方向。

B介子工廠實驗的首要目標是找尋B介子的電荷宇稱破壞。既然是首要目標，想做的研究機構一定很多，像我們這種剛成立、又人手不足的團隊想要去研究主要目標的課題，是絕對不智的，一定成為「炮灰」，應該要選的是有潛力且能主導的題目。

我認為在國際合作團隊裏，首要目標的研究領頭者，應該屬於出錢出力最多的國家。像Belle實驗中最重要的研究課題，是由「東京大學」領軍主導的。

侯教授是B介子物理的理論專家，他很明智的選擇了B介子的稀有衰變和另一類被稱為直接電荷宇稱破壞，作為我們的研究方向。

方向正確了，以後研究就可能有意外的發現。

只是，我到台大時，只有三個做分析的學生：徐士傑碩一、陳凱風大三， 和半年後去清華唸研究所的趙元。這三位都在1998年加入高能組，也對前置量能器的建造組裝有所貢獻。

那時，眼看其他研究機構都是博士級研究員和博士生在做物理分析，而我們帶著三個碩士生或大學生在做研究，到底我們會進展到哪裡？實在沒有把握。

從原先的模擬分析，到後來數據不斷增加，整個分析工作也是正規而嚴謹的。每個星期有自己的分析小組會議；每個月與KEK開視訊會議報告進度；一年有3次的Belle全體會議和3次的Belle物理分析會議。

其實不只我們，大部分的 Belle同仁，都是第一次研究B物理，沒有什麼經驗。藉著會議，瞭解每個課題的研究方法，彼此觀摩，彼此學習。

還記得，當時高能組沒有視訊設備，必須到我先前工作的單位----中央研究院開視訊會議。所以，我得開車載著幾個學生到中研院去。這樣一直持續到物理系新館落成、設備更新後，才有自己的視訊設備。 

1999年11月，Belle實驗在東京召開研討會，張寶棣帶著兩個學生陳凱風（左）、徐士傑（中）參加。報告模擬分析結果後，同遊日本箱根雕刻森林美術館。   

(3) 勇於負責

2000年6月30日，是我難以忘懷的一天。我在Belle大會上報告台大的研究結果。

B介子工廠加速器啟動已有一年，累積了不少數據，我們要在兩年一度的高能物理大會中報告，本組預定發表陳凱風和徐士傑的結果。

Belle團隊對每一項要對外公佈的分析結果，都要成立三人審查小組，審查整個分析過程和結果是否正確。同時，我們必須寫好會議論文，作為分析結果的書面文件。

6月在29日晚上，我在日本等兩位學生傳給我的最後的結果，但等到半夜也沒有送來。用E-mail連絡，才知道兩人的結果似乎都有點問題，是我們先前用電腦模擬時沒有的現象。

交換一些訊息後，我們很快就知道問題出在哪裡，但已經不可能即時做完。所以，我第二天報告時，在上百位Belle團隊成員中說明問題所在，承認我們的疏忽，並答應要迅速補救。

當時，我的心裏是非常難受的，但作為分析團隊負責人，必須勇於面對。

7月1日我更改行程立即回國，希望能趕在7月下旬前完成測量，通過審查，在8月的高能物理大會發表。可惜時間不夠，只有陳凱風的結果公佈在8月的會議上。

這次出錯之事對我們是很好的提醒，兩位學生是非常認真的，但究竟經驗不足，問題發生在一個小細節之處，真的是沒有想到，所以我們在研究上要更加謹慎。

幸好，錯誤是在對外公佈結果之前發現的，否則更加麻煩，而且找到問題癥結的也是我們自己。故此因禍得福，使老師與學生對分析方法認識的更清楚，漸漸成為研究稀有衰變的專家。

其實，徐、陳這兩位學生物理的基本課程都還沒修完呢！但邊做研究邊學，學得快，也紮實。若是非要等到完全瞭解後才開始，往往機會不再，或是磋跎歲月。

2000年的高能會議在日本大阪召開，共有超過800位科學家參與。

這是B介子工廠實驗第一次對外公佈結果，且是在高能物理最重要的會議上發表，BaBar 和Belle都格外重視。尤其，這兩個實驗研究的是一模一樣的課題，BaBar人多，且有經驗的科學家也多，給我們帶來許多壓力。

大會為這兩個實驗各自安排了七塲報告。我有幸被選為Belle的報告者之一，這是對台大高能組這些年努力的肯定。從此之後，每年的暑假，這兩個B介子工廠發表會發表許多結果，也是我們熬夜做研究、趕寫論文的時候。

2000年暑假之後，陳凱風和徐士傑用多一倍的數據，更新了先前的結果。

2001年，我們發表了三篇論文。陳生的結果是屬於某一研究課題下的子題，所以兩篇論文是我們與其他兩組夥伴合寫而成；徐生研究結果的論文則由我主筆，是完全由高能組主導的第一篇物理論文。

BaBar和Belle互相競爭且互相驗證，物理結果能夠很快的發表，雖然對實驗家來說是很辛苦的，但促進這方面物理研究的快速進展，是完全正面的。

譬如說，B介子工廠的主目標----電荷宇稱破壞，於2001年達成，該年雙方在羅馬舉行的輕子光子會議中宣佈發現電荷宇稱破壞，證實了兩位日本科學家小林與益川的理論，也使得他們在2008年拿到「諾貝爾物理獎」。

此外，BaBar和Belle研究成果非常豐碩，光發現的新粒子就有十幾個，各自發表了約四百篇論文。

台大高能組的成長也非常驚人。

原來致力於量能器建造的組員，紛紛投入物理分析的行列。新的研究生陸陸續續加入高能組，藉著我們在稀有衰變的研究經驗，高能組的物理研究開花結果到達我們自己也想不到的地步。

譬如說，2002年我們打入了Belle的核心，參與了主目標電荷宇稱破壞的研究，目的不再是發現電荷宇稱破壞，而是檢驗是否有新物理；2003和2004年高能物理界最重要的結果之中，都有高能組的貢獻。

我們研究發表的論文，很快就會突破70篇了，台大高能組也成為具有國際競爭力的團隊。

4.  更大的挑戰

(1) 強子對撞

大家或許聽過或看過「大強子對撞機」(LHC) 的實驗。它是人類現在集人力、物力和財力建造的最大型科學實驗。

整個實驗的構想，其實與B介子工廠實驗的構想差不多同時。計畫提出時，費米實驗室的強子對撞機，正如日中天般的運轉著，美國高能物理界早已規劃十幾年後該做什麼，比現在LHC能量還要高三倍的超導超級對撞機(SSC)正在美國德州興建。

1993年，因著預算不斷增加和其它種種因素，美國國會決定停止已花了20億美金的超級對撞機計畫。身為高能物理龍頭的CERN，在美國建造SSC時，也計畫在完成高能量的正負電子對撞機實驗後，重回強子對撞的研究。

事實上，第一部強子對撞機是1971年在CERN研製成功的。

1994年，LHC計畫通過，最初的預算是30億瑞郎；1998年開始建造，不久就發現預算不夠，需追加約5億。至於到底花了多少錢，其實沒人能給個精確數字。我自己認為超過40億瑞郎是毫無疑問的。

大強子對撞機雖然沒有像SSC預計產生40 TeV的對撞，但14TeV已經是很大的挑戰了。如同B介子工廠實驗一樣，LHC和SSC有同樣的主目標，就是找尋粒子物理標準模型唯一還沒有找到的「希格斯粒子」。

標準模型，是我們用以描繪粒子物理世界的法則，包含了電磁交互作用、強核作用和支配鈷60之所以會衰變的弱作用。希格斯粒子一旦被找到，而且其質量符合預期的話，那麼各種基本粒子質量就確定是由希格斯機制而來，標準模型就是正確的。

除此之外，LHC還有許多的物理可以做，比B介子工廠實驗還要多。譬如說現在理論界看好的超對稱理論、宇宙是否除了有三度空間和一度時間外的多維時空、希格斯粒子是否只有一種……等等，都可以在大強子對撞機實驗來探究。

位於法國和瑞士邊界的歐洲粒子物理中心 (CERN)，是在二次大戰之後歐洲一些國家合力建成研究高能物理的大實驗室。

周長27公里的大強子對撞機，利用原有大型正負電子對撞機 (LEP)所用的離地面一百公尺的地下軌道，加入低溫加速環和超導磁鐵，建成可用質子—質子對撞和離子—離子對撞的對撞機。

四個主要實驗座落在四個不同的碰撞點。其中的兩個超過三千人的大型實驗，便是CMS和ATLAS實驗。其主目標就是要找尋希格斯粒子；另外兩個中型實驗就是接續Belle和BaBar以研究B介子物理為主的LHCb 和藉著離子—離子對撞探討強作用的ALICE實驗。

此外，有兩個不到100人的小型實驗，是用來研究質子—質子或離子—離子對撞後產生在前置(forward)方向的物理；他們是位於CMS 附近的TOTEM實驗和處在ATLAS附近的LHC實驗。

台灣參與的是最大的兩個實驗，其中中央研究院參與ATLAS，台灣大學和中央大學屬於CMS團隊。

2001年，台大和中大接受LHC的實驗之一緊湊渺子線圈〈CMS〉的邀請，加入CMS團隊，加入俄國、印度和希臘的團隊建造位於CMS偵測器前後端的preshower偵測器。剛好中大在矽偵測器上有經驗，而台大則剛完成了前置量能器，所以中大負責1/4矽晶片的生產，台大則負責電子讀出系統主機板的量產與測試。

其實，我們當時正全力投入B介子工廠實驗，參加CMS實驗，是為了未來佈局，而且我們負責的部分是屬於時程後段，而且建造主機板是台灣工業的強項。

於是，我們便先派了一位電子工程師長駐日內瓦，與CERN的工程師一起設計電路。

CMS偵測器大約五層樓高，與ATLAS偵測器同為LHC的兩個最大型偵測器。

兩個偵測器設計理念不盡相同，但功用差不多。ATALS偵測器非常大，但CMS比較重，大約1萬2千5百噸。

這兩個偵測器是高能物理有始以來最精密的偵測器。

(2)歐洲粒子物理中心 (CERN)

自從SSC停建之後，許多美國團隊陸續加入LHC實驗。

即使在2002年，就CMS和ATLAS團隊就已經各自有將近2000人。然而，原本預定2005加速器啟動的LHC計畫，還是因經費仍舊不足，且偵測器本身的複雜性而延緩，到2008年，加速器才造好，這是CERN實驗從未出現過的情形，可見此計畫的困難度。

可是，時程的延緩對我們確是利多，高能組藉著Belle實驗成長，培養了不少博士級人力。我們所負責量產的主機板，主要是在台灣製造，在高能實驗室測試後，運往日內瓦。

到了2006年，我們開始移轉人力到日內瓦。一方面是必須將運到CERN的主機板在當地測試，並且與中大團隊和CERN的工程師與技工組裝Preshower偵測器；另一方面，為物理分析做準備，以應大強子對撞機時代的來臨。

參加LHC實驗的挑戰比參加Belle實驗大多了。原本2000人的CMS實驗，到了2008年已經變成3000人了，而且工程師和技工是不算的。現在CMS光學生就有1500多人，這些學生絕大部分是博士生。我們的姐妹實驗ATLAS有差不多相同的人數。

幾乎地球上有高能研究的研究機構或學校，都到日內瓦會合。

即使是一些成名的研究機構，在這麼大的團隊中要有自己的定位，都要有事先的規劃和多年的經營才可以，何況是地屬邊陲而研究經驗又少的台灣團隊呢？

2007年，高能團隊開始將主要博士後研究員和博士生，慢慢移至CERN，希望LHC運轉時，能在CERN有10個人長駐，唯有如此才能，才能完成硬體的建造和物理分析的準備。

而我那時因為進入了Belle團隊的管理階層，沒有花時間在CMS實驗上。

我們碰到的挑戰之一是，日內瓦的生活費是世界第三高，國家給的補助有限，去的人不可能太多，而去的組員付完房租之後，所剩不多，必須節省過日子，一日三餐幾乎都是自己煮。

任何地方的消費高低，看麥當勞套餐的價碼就可以知道。譬如說，大麥克餐在台灣只要台幣一百多一點就可買到，在日內瓦要四百多。台大高能組因為表現優秀，所以國科會和教育部五年五百億計畫都提供我們資助，才讓我們多名小組成員能待在日內瓦。

只是，國家法令沒有彈性，一開始每個人的供給標準是照著二、三十年前所定的法則，而日內瓦的生活費居然給的比一般地區還低。

第二個挑戰，也是現在台灣當前所面對的，就是薪水太低，難以聘到其他國家優秀的人才。高能物理講究團隊合作，人才多，研究成效才會大。現在每個研究機構都想聘雇各國年輕、有潛力的畢業生，做博士後研究員。而我們提供的薪水只有歐美國家的三分之一，連韓國都比我們好不少，實在難以競爭。

讓我不禁想到，現在台灣對外國人才到台灣工作的限制那麼多，真是搬磚頭砸自己的腳。台灣沒有天然資源，靠的是人的腦力。我們人口少，專業人才也就自然不多，該走的是像美國一樣，只要是人才，就應不分國籍想盡辦法挖掘為我們所用。

2009年，台大和中大團隊將Preshower偵測器組合完畢，成功地與其它子偵測器連接、運轉。

不知道大家有沒有注意到，2008年9月LHC開始將質子束注入加速器，不久之後便生液態氦洩漏事件，整整花了一年時間才修復。

台灣團隊在Preshower偵測器的建造貢獻很大，建造後期就只剩我們與CERN的工程師和技工在組裝偵測器，其他三個國家交完該生產的矽晶片之後，就很少參與Preshower的建造。Preshower偵測器運轉後，整個偵測器維護也是靠台灣團隊在執行。

我們的努力讓CERN的合作者看在眼裏，便邀請我們參與下一階段圖像偵測器 (Pixel detector) 的建造，這可是高能物理近年來才發展出來的重要偵測器呢！

第三個面對的挑戰是，物理分析要做什麼？

從一開始我們就知道高能組不可能像Belle時代一樣，在物理分析研究上能研究那麼多課題，做出那麼多的結果。別忘了CMS有3000多人，一個題目可能是許多研究單位共同合作的，所以主目標我們很難去碰。

還記得我曾經表示對希格斯粒子衰變到雙光子的研究有興趣，因為這是造Preshower偵測器的目的，得到的回答是，已經有許多團隊在研究這個題目。幸好，B介子物理出現的一些癥兆，侯維恕及國外的理論學家審慎核對以前的實驗結果，認為過去實驗數據間接顯示夸克只有三代的結論是不正確的，因此，台大高能團隊就開始找尋新的、質量很重的夸克，發表了幾篇論文。當然其他團隊也就慢慢地加入，但這是台大先開始的研究是無庸置疑的。不但如此，我們正在分析B介子物理，同時也參與了希格斯粒子衰變到雙光子的探尋。

研究題目多了起來，人力又不夠用了。中央大學的團隊一樣也找到了自己研究課題，做得相當不錯；參與ATLAS的中研院團隊，也有好的結果發表。

可以說，台灣各團隊在LHC實驗都有實質的貢獻，絕對不是散兵游勇。

           5.未來與結語

有關台大高能組的故事，我已經快講完了。

由於篇幅有限，我只介紹了台大參與的Belle和CMS實驗。

2003年，在費米實驗室擔任研究員多年的熊怡教授，回國加入了台大高能組，他主要是參與在廣東省深圳附近的大亞灣微中子實驗，和日本KEK實驗室的K介子稀有衰變實驗。目前熊教授是台大物理系的系主任。

Belle實驗於2010年停機，開始了亮度更高的Belle II實驗建造，和加速器的升級。台大高能團隊自然也參加，預計2015年BelleII實驗正式運轉。

CMS實驗雖因2008年的意外而停機一年，但2009年後加速器運轉非常順利，特別是2011和2012年加速器亮度不斷增高，數據量非常的大。主目標：標準模型下的希格斯粒子存在與否，今年就可以知道了。

到時，全世界的新聞媒體一定會大幅報導。各位大朋友、小朋友要拭目以待喲！也許，很快就會有新聞稿出來。

LHC原定在2013-2015做加速器的升級，往原定目標14TeV的對撞邁進。但因2012年還在取數據，原計畫可能因分析的結果而做些調整。

台大高能組則確定會參加圖像偵測器的建造。

高能物理實驗常被人說為大型科學實驗 (Big Science)，因為經費浩大，也常受到別人的批評。

其實，加速器實驗走到這一個實驗上千人的地步，也不是我們願意的。實在是因為實驗太過複雜，不得不集眾人之財、眾人之力，一同努力。

我認為，就人類文明而言，集地球上的資源做一個像LHC般的實驗是值得的。沒有它，科學就很難再有突破。況且，人類浪費在其他事物上的經費，遠比花在科研上的多得多了。

至於個人是否要走大實驗的研究，就要看自己的興趣。

不可諱言地，大實驗結果帶來的影響通常是比小實驗要大；但缺點是花費時間長，要常常跟同事溝通配合。我認為兩者各有其功能。

國際合作研究另一項好處是，只要努力，學得快、成長得也快，有時候閉門造車是造不出什麼的，與國際接軌雖然壓力大，但成果是甜美的。

雖然高能實驗旨在純科學研究，但它有時會帶出來意想不到的結果。

譬如說，現在大家離不開的網路(world wide web)，就是在CERN發明的。當初發展網路的目的，就是讓高能物理學家能方便的取得資料和傳遞資訊，我1992年就已經在使用網路了。大家可以想一想，網路對於我們現代人的生活造成多大的影響。

又譬如說，我1995年就使用一種視訊軟體Mbone，來開多點的視訊會議。那時網路頻寬還很小，高能實驗家因著研究使用網路和視訊會議，後來卻成為一般人日常生活離不開的工具。

這些網路軟體打一開始就是完全免費的，一般私人公司是不會花錢做沒有利潤的事，若不是這些大型實驗室願意研發並且免費分享這些發明，一般普通人老百姓是無法那麼快享受帶來的便利。所以大型科學實驗室也會對民生有重大貢獻。

回顧這十多年來的歲月，我內心充滿了感恩。

研究上的許多成果，都是老師與學生辛勤耕耘出來的。我更高興的是，台大高能組培養了不少學生。因為高能物理是純科學研究，學的人少。我們陸續也有超過10位博士生拿到他們的學位，碩士生就更多了。他們或仍在學術圈、或到工業界工作，都慢慢立定腳跟，在自己的崗位上奮鬥。

以我最初的兩位學生為例，徐士傑碩士畢業後，到美國聖地牙哥加大學攻讀高能實驗物理，後來到伯克萊加大做博士後研究，表現優異。今年被位於西雅圖的華盛頓大學延攬，成為專任助理教授。

陳凱風從學士、碩士到博士都留在高能組，發表了許多重要結果。2008年，國際純粹與應用物理組織，第一次要在拿到博士學位8年以內的諸多高能物理學家中，選一位理論家和一位實驗家，授與高能新秀科學家獎。沒想到，在實驗方面得獎的，是完全在台灣受教育的陳凱風。我們幾位老師心裏真是高興！後來在2009年，台大物理系就聘他為專任副教授，繼續留在高能組貢獻。

好了，我的故事講完了。

大家是不是也感受到了，台灣雖小，但胸懷世界走入國際，一樣大有可為！