解謎粒子為志業——漫步週期表,尋超重元素——專訪熊怡

●5/4 熊怡老師主講:「翻轉週期表的西博格與人造超鈾元素」點此報名

採訪、撰文|葉珊瑀

化學元素週期表的排序,是科學家一步步探索自然奧秘的軌跡。當今所發現的最重元素是2016年確認的原子序118,而作為研究粒子物理的學者,臺大物理系熊怡教授所努力的研究卻是比原子核更小的基本粒子。然而近年來核物理發掘新元素的研究也引起熊教授的興趣與探索,也就是期望發現下一個更重的新元素。

●行在科學路上的軌跡

熊怡教授對物理的興趣,啟蒙於高中,當時他常閱讀科普讀物補充新知,喜愛物理能從基本公式推導、解答出複雜問題的特性。升學路上,他進入物理學系,更穩健地走在物理的道路。四年的學術薰陶下,他雖非佼佼者,卻是最有熱情的人之一。他進入清華大學研究所一年,習得更多粒子物理知識,對於發掘新粒子的科學有莫大憧憬。畢業後,他申請上哥倫比亞大學,當時李政道教授、吳健雄教授也在當地研究,他跟隨的老闆是《上帝粒子》作者利昂·萊德曼(Leon Lederman)。他曾有三個能去的選項:嶄新研究正要開始在費米實驗室的新實驗、進行到一半的康乃爾大學電子加速器實驗、已進入尾聲在歐洲CERN的實驗,熊教授最後選擇能夠從頭開始學習的費米實驗室的新實驗展開博士生涯。

取得博士學位後,熊教授在費米實驗室待了十多年,後來因為新的實驗沒有獲得批准經費,有感於當時學術環境受限發展,因此在2002年回到臺大,在更適合自己的場域耕耘粒子物理的研究發展。

●當代粒子物理研究處境

熊教授先後在美國、臺灣從事研究,也有與歐洲、日本合作的經驗,對於不同地區的粒子物理研究現況,有充分了解。

美國對基礎研究資助良多,將之視為長期投資,只要能申請到經費,多可足夠完成,然而通過率也因競爭性強而不高。在2008年金融海嘯之後,科學界的資源挹注也受到緊縮,某些被看好的實驗未獲批准,這些波段性的好壞依領域不同,也可能有數年青黃不接的時分。熊教授富有人生哲理地表示:「十年河東十年河西,人不會一輩子一帆風順。」

臺灣的研究環境,受限於硬體規格,在國內僅能做同步輻射相關的應用實驗,也就是加速電子發出的輻射光源,少有基礎研究。在科學發展之下,好做的實驗多已由前人完成,當今純物理的粒子實驗多運用對撞粒子,需要兩個加速環,而這在臺灣就無法做到。

日本有J PARC研究中心,成立於東海村約十年,有研究型的核子反應爐、質子加速器,能從事的領域廣泛,有粒子物理、核物理、材料科學等。當地設備的特點是亮度極高能打出的粒子數量多,但是能量並不高。

想從事高能物理,歐洲CERN是個良好選擇,中心由數個國家共同出資成立,從初期的小型加速器,一路發展至今有大型對撞機。CERN的研究多是跨國國際合作,秉持著共享的精神,研究成果不申請專利,由全人類共有。

目前臺大所參與的研究有歐洲CERN的CMS研究,規模龐大,由跨國團隊進行,是一長期投資;另外還有日本的BELLE 大型實驗,以及規模較小的J PARC KOTO實驗,約50人。

●學術作為一種志業

畢業後該轉向業界,抑或持續鑽研學術?熊教授認為這是成長過程中的大問號,常常是走一步算一步。許多人在取得博士學位後會在業界工作,獲得的待遇較優渥。而對於熊教授而言,追求資本是滿足生活所需的方式,本身並非生活的目的。找到工作並不難,困難的是結合興趣和長處的工作環境,能從事心所嚮往的學術研究工作,對熊教授而言是一種福氣。

研究在熊教授看來,需要鍥而不捨、追根究底,面對失敗要能泰然處之,重在過程與成果,而不僅僅是論文發表量。研究是長期的投入,若僅以高發表量作為目的,就會太過短視。只要全心認真投入、不接過多的外務,就會有成果,不必擔心沒有發表量、無法升等。

●熱忱如迴響之音繚繞

熊教授即將帶來的講題與超鈾元素有關,當代科學界找到自然界較穩定存在的最重元素為鈾-238,其同位素鈾-235正是用以從事核能發電的原料。根據預測模型,下一個半衰期較長、較穩定的元素將是原子序120,120也因此被稱作「Magic Number」。尋找新元素成為各國競逐的目標,也是科學家的夢想。

在訪談即將結束之際,我注意到熊教授手中拿著一本英文雜誌,一問之下,才知道這是熊教授因著今日訪談所攜帶的相關期刊。熊教授言語中流洩出對於發現新元素的熱情,興奮地向我說明這份期刊的來歷。

這本AAPPS全名為Association of Asia Pacific Physical Societies,是一本給專業人士看的介紹性期刊,不接受投稿,由主編邀請介紹亞太地區物理發展,近期正好有篇文章探討最近發掘新元素的物理研究。目前元素的中文命名僅到原子序116,而117、118目前中文命名仍然未定。新元素的發現、認定並不容易,需要從實驗確認結果,同一時間可能有兩組以上的發現者,新元素的研究也可能有錯誤,因此元素命名不如發現小行星,並非由發現者認定,多是由國際純化學和應用化學聯合會(IUPAC)開會議定。最近確認命名的數個元素,分別紀念日本(nihonium)、莫斯科(moscovium)、田納西州(tennessine)和科學家Юрий Цолакович Оганесян(oganesson)。

發掘新元素的貢獻之處不在應用面的革新,而是基礎科學的探索精神,追尋人類尚未開拓的新境地。熊教授悠遊於週期表的粒子中,懷著對探索自然奧秘的熱愛,熱切期望下一元素的發現。

●5/4 熊怡老師主講:「翻轉週期表的西博格與人造超鈾元素」點此報名

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