2014 六月號
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第103期電子報 出刊日期:1030617

科學新文摘

超對稱玩完了?

數十年來,物理學家一直醉心於超對稱這個美麗的理論,並相信超對稱能夠引領他們對於量子世界有更深刻的理解。現在他們來到了十字路口:如果不能在未來幾年內證明超對稱是正確的,就得面對劃時代的典範轉移。

撰文/利根( Joseph Lykken )、史皮羅普路( Maria Spiropulu )
翻譯/高涌泉

重點提要
■ 物理學家喜歡極其美妙的超對稱,因為超對稱可以解決他們想進一步了解量子力學時遇到的問題,也可能解決宇宙中懸而未決的暗物質之謎。
■ 超對稱假設,每個已知的粒子都有個相伴的超伴子,但至今還未發現任何一個超伴子。
■ 物理學家希望在大強子對撞機( LHC )的實驗中發現超對稱的證據,然而尚未成功。如果 LHC 在下一輪運轉時還是看不到證據,超對稱就麻煩大了。
■ 找不到超伴子成了物理學的危機,迫使研究人員質疑數十年以來依賴的假設。

當我們在美國加州理工學院辦公室裡喝著第三杯濃縮咖啡時,與瑞士日內瓦附近歐洲核子研究組織( CERN )實驗室的視訊也連線上了,那時正是 2012 年夏季的某個清晨。我們在螢幕上看到「剃刀」( Razor )小組的同事,這個團隊是分析緊緻緲子螺管偵測器( CMS )實驗數據的團隊之一,而 CMS 是 CERN 大強子對撞機( LHC )的兩座偵測器之一。剃刀小組的任務是尋找那些能夠證實超對稱理論的特殊碰撞事件,這個發展至今已有 45 年的物質理論可以取代粒子物理的標準理論、解決物理學中的深刻問題,並解釋宇宙中神秘暗物質的本質。但經過幾十年的搜尋,物理學家仍未發現任何超對稱的實驗證據。

CERN 的剃刀小組組長皮瑞尼( Maurizio Pierini )展示了一張新的數據圖,而在九個時區之外的我們可以看到房間內每個人的驚訝神情,這表示出現了異常狀況。皮瑞尼沉穩地說:「大夥必須察看一下這個事例。」他所謂的「事例」指的是 LHC 產生的數兆次質子 – 質子對撞中的某次特定對撞。幾分鐘內,我們就從筆記型電腦中看到了這次碰撞事例的完整記錄。

超對稱是一個極其美妙的解,解決的是困擾物理學家長達 40 年的深刻問題。它回答了一連串重要的「為什麼」:為什麼粒子有它們所具有的質量?為什麼交互作用有各自的強度?簡而言之:為什麼宇宙是這個模樣?此外,超對稱還預測,宇宙充滿了至今還沒發現的「超伴子」粒子,這些粒子可以解決暗物質之謎。如果說「世界上多數粒子物理學家相信超對稱必定是正確的」,一點也不誇張,因為這個理論太令人信服了。這些物理學家長久以來的期盼是: LHC 終究會發現這些超伴子,證明超對稱是實際描述宇宙的明確證據。

當我們把這個有趣的碰撞事例拿出來檢查時,就馬上看出它似乎正是超對稱的證據,因為有兩群非常高能量的粒子往一個方向跑,顯然是從某個隱形粒子反彈出來的,或許這個隱形粒子是個超伴子?不過我們也立即在實驗數據圖中注意到一個很大的紅色尖峰,難道之前看到的只不過是偵測器失常而產生的假訊號?後來我們發現確實如此,這是在尋找超對稱似乎無止盡的過程中,再一次令人失望的例子。

的確, LHC 第一輪運轉的實驗數據幾乎排除了所有最看好、研究最澈底的超對稱理論版本,這些負面的結果就算沒有在粒子物理中導致全面性的危機,也引發了廣泛的驚慌。 LHC 將在 2015 年初以原始設計的最高能量開始下一輪運轉,這可以讓超導環場探測器( ATLAS )與 CMS 的兩群實驗團隊去找出(或排除)更重的超伴子。如果在那輪運轉之後,物理學家還是沒有發現新粒子,基礎物理就來到了十字路口:要不就因為找不到大自然會依循我們的規則行事的證據,而放棄一整個世代的研究;要不就堅持下去,然後期盼有一天,一座更大的對撞機終將發現超對稱的概念其實還是行得通的證據。

當然,科學史中有很多經歷很長時間的研究之後才獲得成功的例子,不久之前 LHC 發現追尋已久的希格斯粒子即是一例。但是目前多數粒子理論學家還是坐立不安,因為他們在過去半世紀建立起來的巨大理論殿堂,其基礎將受到 LHC 數據的檢驗。

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人 2014 年第 148 期 6 月號】


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量子研究新突破 隱形傳輸可達 3 公尺

大紀元電子日報【記者王明/編譯】

荷蘭研究人員近日證實,他們已可將訊息以量子隱形傳輸( quantum teleportation ,或量子隱形傳態)的形式遠距傳送 10 英尺(約 3.048 公尺),大型物體被遠距傳送或將指日可待。研究人員說,有朝一日,物理定律將無法阻止人類被遠距傳送。

《華盛頓郵報》報導,將訊息以量子隱形傳輸,與電影《星際爭霸戰》( Star Trek )的遠距傳送迥然不同。電影中的情節是屬於原子的物質性傳輸,把原子轉換成能量,接著將能量發射至目的地,最後將能量轉換回原子。而在現今的量子隱形傳輸形式下,原子本身並未移動。相反地,訊息是以原子或粒子的形態,從某處傳送至另一處,該訊息實際上並未在兩者之間實質移動。

不少物理學家曾鑽研量子力學的神祕謎團,如奧地利物理學家薛丁格提出貓( Schrodinger Cat )的思想實驗,試圖證明量子力學於巨觀條件下具有不完備性。他們更意識到,物質一旦進入微粒子的世界,就會變成像遊樂園裡的「哈哈鏡」 ( funhouse mirror )中所看見的影像。微粒子的世界中,物質會發生鬼魅般的交互作用( spooky action at a distance )和量子糾纏( quantum entanglement )的現象,物質會產生高度隨機的傾向,且僅能看見事件變化後的結果。總之,欲了解微粒子世界裡究竟發生了什麼事情,困難重重。

量子隱形傳輸充滿發展前景

報導稱,量子隱形傳輸是全新的物理學理論。此理論充滿發展前景,其中的一項假設是存在著另類宇宙,亦即整個寰宇是由「多元宇宙」( multiverses )共同組成。量子隱形傳輸是指物體可前往遙遠的地方,理論上,物體還能以較光速還要快的速度前進。

據了解,量子隱形傳輸並非是微粒子物理學唯一令人嚮往的研究取向。以量子計算( quantum computing )為例,長期以來,電腦科學家一直在探討這個題目。由於數位電腦的發展碰到摩爾定律的阻力,有些科學家鑑於這項事實便聲稱,仰賴量子位元( quantum bits )的量子電腦是未來的趨勢,而非現行的數位電腦。這種說法是有道理的,像洛克希德馬丁公司、 IBM ,日立和谷歌等企業都在積極研發量子電腦。

其次,還有其他的創新領域,也是由量子力學促成的,如基因體學( genomics )及物流等領域。譬如,美國國家安全局( NSA )視量子電腦是破解所有已知加密技術的關鍵因素。其道理極簡單,因為涉及質數的某些數學運算時,量子電腦的表現較數位電腦更勝一籌。有些領域的創新者,則將量子力學視為量子網路建立的基礎 ── 訊息封包不必實際傳送長遠距離,即可安全達到訊息交換的目的。

人類仍處於嬰兒學步階段

報導說,人類關於微粒子物理學的創新,仍處於嬰兒學步的階段。目前,研究人員將訊息遠距傳送的距離約 3 公尺,今年夏末時節,將擴增距離至 1,300 公尺。值得注意的是,這不是將訊息從某間房間傳送至另一房間,這次他們是嘗試把訊息從一棟建築傳送至另一建築之中。

不久的未來,人類即可確切清楚微粒子物理學的發展方向。追求創新的高科技公司 ── 谷歌,正著手研究量子電腦,藉此確認在強大的電腦創新領域上,未落後於其他對手。美國政府和大學實驗室亦接受資助,探索量子計算( quantum computing )的各個研究取向。

新聞來源網址: http://www.epochtimes.com.tw/n94124/%E9%87%8F%E5%AD%90%E7%A0%94%E7%A9%B6%E6%96%B0%E7%AA%81%E7%A0%B4-%E9%9A%B1%E5%BD%A2%E5%82%B3%E8%BC%B8%E5%8F%AF%E9%81%943%E5%85%AC%E5%B0%BA.html

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配合 12 年國教 教育部成立三科學學習中心

中時電子報 2014 年 06 月 09 日 12:17 林志成 、 陳怡誠

台中自然科學博物館館長孫維新發出一些鳳梨和松果,要現場人士觀察有什麼共通性?鳳梨或松果的表面,順時針線條有 8 條、逆時針線條 13 條、直線線條有 21 條, 8 加 13 等於 21 , 8 、 13 、 21 這樣的排列符合「費伯納奇數列」的特性,可算出黃金比例。

配合 12 年國教上路,教育部規畫由台灣科學教育館、台中自然科學博物館及高雄科學工藝博物館成立「科學學習中心」,未來國中教師可到這些博物館進修、學習更多教案,提升學生對科學的興趣和素養能力。

在昨天「科學學習中心」啟動記者會中,教育部次長黃碧端說, 2001 年時,英國政府發現中小學科學教師的教學成效十分低落,學生科學素養江河日下,因此撥出 5000 萬英鎊,在 10 個郡設立「科學學習中心」,成效不錯。台灣決定跟進,也成立「科學學習中心」。

台灣三個「科學學習中心」今年開發出 19 個教案,將辦理一系列研習及活動,時間長度分別是半天到 8 天,完全免費。

新聞來源網址 : http://www.chinatimes.com/realtimenews/20140609002959-260405


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103年度有效教學、多元評量及差異化教學優良教案競賽,歡迎老師踴躍參加

參賽對象
全國高級中等學校教師(含代理教師及實習教師)。

報名方式
一、網路報名
請於103年7月4日(五)前於職業學校群科課程推動工作圈( http://vtedu.mt.ntnu.edu.tw/vtedu/ )-五堂課教案競賽專區報名,一件參賽作品登錄1次。

二、紙本報名
(一)一般科目
符合報名資格之教師,將報名表(附件1)、完整教案紙本、電子檔(Word檔及PDF檔)及光碟一式6份,於103年7月4日(五)前郵寄至普通高級中學課程課務發展工作圈(26051宜蘭市復興路三段8號 國立宜蘭高級中學 課務發展工作圈)。

(二)職業群科
符合報名資格之教師,將報名表(附件1)、完整教案紙本及電子檔及光碟各一式6份,於103年7月4日(五)前郵寄至職業學校群科課程推動工作圈(106臺北市大安區和平東路一段129號 國立臺灣師範大學機電科技學系 職業學校群科課程推動工作圈收)

教案主題
一、 以現有課程之內容,須以達成「有效教學」、「多元評量」或「差異化教學」為目標,發揮創意設計教案。
二、 各教案設計之教學時間以1-4節為限。

詳情請參閱教案競賽辦法


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主  題: 如果我小時候老師是這麼談科學教育,那該有多好!
日  期: 2014/06/28(六) 10:00-12:00
地  點: 臺北市立圖書館 永建分館。3樓活動室
講  師: 孫賜萍/教育部校園自由軟體數位資源推廣服務中心 執行秘書
活動網址: http://www.phys.cycu.edu.tw/wSite/ct?xItem=59628&ctNode=20274&mp=36

主  題: 2014 年【太空看地球(衛星遙測科技) 研習營】
日  期: 第一梯次:2014年7月7~8 日、第二梯次: 2014年7月10~11日
地  點: 國立中央大學太空及遙測研究中心視聽教室 (R2-116)
參加對象: 國中、小及高中現職教師
參加名額: 每梯次90人 (額滿為止) 
活動網址: http://www.csrsr.ncu.edu.tw/08CSRWeb/ChinVer/C7Info/SpaceCamp/index.php

主  題: 「e起學習 Teach Free-高瞻計劃自由軟體教師工作坊」
日  期: 103年7月7日(一)
地  點: 臺灣大學博雅教學大樓
參加對象: 全國高中職自然科教師
活動網址: http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=54246

主  題: 2014暑期高中教師奈米跨領域學科研習營
日  期: 103年7月16日(三)~7月17日(四)
地  點: 國立交通大學光復校區浩然圖書館B1國際會議廳
參加對象: 現職各高中專任教師(預計70人)
活動網址: http://www.nano.nctu.edu.tw/2014/menu2.php

主  題: 『2014中華民國物理教育聯合會議』
日  期: 2014年08月21日(四)~23日(六)
地  點: 台東大學知本校區
活動網址: https://sites.google.com/site/2014phyedu/register
報名網址: http://prpc.phys.nthu.edu.tw/conference/線上報名時間為5/1~8/11



物理學科中心承辦學校為臺中第一高級中學
物理學科中心網址: http://physical. tcfsh.tc.edu.tw/ 

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