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發現τ子的物理學家—馬丁.佩爾 (Martin Lewis Perl)
1927年6月24日在美國紐約誕生的馬丁.佩爾,利用新型粒子加速器發現了物質中除電子、緲子(muon,μ子)外,還有一種新類型的輕子「tau(τ子)」,此項創舉不僅使他獲得了1995年的諾貝爾物理學獎,而且也將粒子物理學的研究開啟了新的一頁。
 
 
1927/6/24是因發現τ子而獲得諾貝爾物理獎的馬丁.佩爾(Martin Lewis Perl)的誕辰。
 
馬丁.佩爾(Martin Lewis Perl)於1927年6月24日在美國紐約誕生,自小對物理研究就極富熱情。1970年代,他利用新型粒子加速器發現了物質中除電子、緲子(muon,μ子)外,還有一種新類型的輕子「tau(τ子)」,此項創舉不僅使他獲得了1995年的諾貝爾物理學獎,而且也將粒子物理學的研究開啟了新的一頁。 
 
馬丁.佩爾就讀中學時,修習校內開設的物理課程表現優異,故畢業時獲得了物理學獎章。然而,他和家人認為學習物理較難謀生,因此選擇進入布魯克林理工學院(Brooklyn Polytechnic Institute,現紐約大學坦登工程學院)化工系就讀,畢業後順利進入電氣公司上班,並負責電子真空管的製作。
 
在學習電子管的運作原理時,馬丁.佩爾重拾了往昔對物理學的熱情,因而進入哥倫比亞大學攻讀核物理學,並於1955年獲得博士學位。1963年,馬丁.佩爾加入史丹福直線加速器中心(簡稱SLAC)的團隊,專研基本粒子間的交互作用。
 
在馬丁.佩爾之前,已經發現物質中共有2種輕子,分別是大家耳熟能詳的電子以及比它重206.8倍的緲子。但馬丁.佩爾發現電子和緲子與其他粒子交互作用時表現相似,然而兩者的質量卻相差這麼多,這個現象讓馬丁.佩爾相當疑惑,經過一連串的深思之後,他作了個大膽的預測:自然界中應該還有某些尚未被發現的輕子,且其質量會比電子和緲子更重。
 
為了驗證這個假說,馬丁.佩爾用SLAC中的新型電子-正電子對撞機進行實驗,該機器能讓帶有極高能量的電子與其反粒子(正電子)正面碰撞,預期能產生質量較大的粒子。結果,在1974年至1977年間進行的一連串碰撞實驗中,馬丁.佩爾真的發現到第三代輕子Tau(τ子)的蹤跡。雖然Tau的壽命甚短,在現蹤不到一萬億分之一秒後就會衰變為電子或緲子,但就如馬丁.佩爾所猜測,它的交互作用模式與電子相似,然而質量卻比電子重約3477倍,尤其是穿透力比電子更強大。
 
發現第三代輕子Tau的重大成就,幫助馬丁.佩爾獲得了1995年諾貝爾物理學獎的桂冠,然而在他之後,就沒有人再發現新種類的輕子了。難道輕子只有三種嗎?為什麼?此問題已成為全世界物理學家關注的重要議題之一。
 
台灣輕子研究的起源,需追溯至1980年代末期。當時國內的物理學家皆積極參與國際知名實驗室的粒子物理研究計畫,他們的研究技術、組織能力頗受國際學者的肯定,也奠定了紮實的基礎。1996年,中研院物理所李世昌博士與美國馬利蘭大學的張仲澐教授合作共同打造了台灣本土的粒子物理研究團隊,研究重點為輕子中的「微中子(包含電微中子、緲微中子和陶微中子)」,因此命名為TEXONO,取「台灣微中子實驗(Taiwan Experiment On NeutrinO)」之意。該團隊包含有數個來自世界各地的研究團隊,目前正致力於探討微中子在非標準模型中的交互作用模式,以及找尋宇宙中的暗物質。
 
參考資料
1.Martin Lewis Perl
2.PROF. DR. MARTIN LEWIS PERL
3.Martin Lewis Perl, Nobel Prize for Physics, 1995
4.SLAC
5.王子敬、李浩斌(2016)。台灣微中子實驗的故事──根植本土微中子與暗物質的研究。物理雙月刊,38(2),50-60。
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