最新成果

在奈米尺度冰晶中的Wannier-Mott激子

一氧化碳冰晶在不同生成長溫度環境下,會導致其真空紫外光共振吸收峰值偏移。這個現象可以由Wannier-Mott激子在一氧化碳冰晶中受一強大電場作用下產生史塔克效應解釋,並證實極性冰晶分子能產生自建性電場理論。
Wannier-Mott excitons in nanoscale molecular ices
Y.-J. Chen, G. M. Muñoz Caro, S. Aparicio, A. Jiménez-Escobar, J. Lasne, A. Rosu-Finsen, M. R. S. McCoustra, A. M. Cassidy, and D. Field  
Phys. Rev. Lett., 119, 157703 (2017)

 

為未來的高能量強子對撞機設計偵測器

左上:SiFCC偵測器長20.1m,直徑18m。右上:SiFCC偵測器的剖面,內有矽半導體軌跡偵測器、量能器、超導螺線管、以及渺子探測器。左下:模擬器預測的噴射流動量解析度和動量之間的關係,噴射流的動量由量能器取得。右下:模擬器預測的噴射流動量大小反應和準確度,噴射流的動量由量能器取得。
在這篇論文裡,我們為未來的100-TeV質子對撞機做一個初步的偵測器設計,偵測器名字是SiFCC。我們用GEANT4模擬來瞭解偵測器的物理表現,主要先著重在電磁和強子量能器。我們除了用最簡單的情況:單一粒子模擬先研究偵測器的解析度和準確度之外,也用物理事件去觀察噴射流的能量解析度。最後,我們模擬雙粒子事件來決定量能器應該被切割得多細,才能把兩個靠近的粒子信號分開。
Initial performance studies of a general-purpose detector for multi-TeV physics at a 100 TeV pp collider
S.V. Chekanov, M. Beydler, A.V. Kotwal, L. Gray, S. Sen, N.V. Tran, S.-S. Yu and J. Zuzelski 
JINST 12 (2017) P06009

 

利用單一希格斯玻色子管道尋找暗物質

左上:一個單一希格斯玻色子的候選事件,左下:Z’-2HDM 模型所預測的暗物質產生機制。右:由CMS實驗數據所得到的單一希格斯玻色子產生截面積和理論預測截面積比例的上限,以及所排除的新粒子質量範圍。
在大強子對撞機的質子對撞事件裡,我們利用單一希格斯玻色子管道來尋找暗物質,並且用Z’-2HDM理論模型來解釋產生暗物質的機制。在這模型裡,有一個自旋為1的新粒子Z’,會衰變到一個希格斯玻色子和一個自旋為0的新粒子A,接著A玻色子會衰變到兩個暗物質粒子。目前實驗數據中並沒有暗物質的跡象,所以我們排除了一個範圍的Z’和A質量。此結果適用於暗物質質量低於100 GeV的情況。
Search for associated production of dark matter with a Higgs boson decaying to bb or γγ at √s = 13 TeV
The CMS Collaboration  
JHEP10 (2017) 180

 

物理空間的量子模型

量子力學是量子空間的粒子動力學
牛頓空間僅是在牛頓力學中對應我們物理空間的一個模型。我們從量子相對論給出量子力學中對應物理空間的量子模型,這樣的描述讓量子理論如同古典理論一般直觀。這量子空間可以看作是個無限維的實數幾何或「有限維」的非交換幾何,其古典(縮約)近似得回三維牛頓空間。
A Quantum Space behind Simple Quantum Mechanics
C.S. Chew, O.C.W. Kong*, J. Payne.
Adv. High Energy Phys. 2017 (2017) 4395918

 

細菌鞭毛成長即時量測

細菌鞭毛構造,螢光觀察與生長模型
細菌鞭毛是由蛋白質組成的細線,作為細菌游動的螺旋槳。我們發展即時觀察鞭毛的生長的技術,用來觀測此一自我組成的奈米細繩,以及了解其成長機制。
Length-dependent flagellar growth rate of Vibrio alginolyticus revealed by real time fluorescent imaging 
M.T. Chen, Z.Y. Zhao, J.Yang, P. Kai, M.A.B. Baker, F. Bai and C.-J. Lo 
eLife e22140 (2017)

 

令審稿人戰慄的雷射鎖相

 
當我們主動回授,可以造成二雷射頻率誤差小於微赫茲
藉由我們實驗室自創的電子電路,我們可以讓兩個雷射光的同調,達到二道光的每一週期,相位誤差10-19弳度,這結果讓 Optics Express的審稿者感到戰慄(thrilled)
Robust sub-millihertz-level offset locking for transferring optical frequency accuracy and for atomic two-photon spectroscopy 
Wang-Yau Cheng*, Ting-Ju Chen, Chia-Wei Lin, Bo-Wei Chen, Ya-Po Yang and Hung Yi Hsu 
Optics Express 25, 2752 (2017)

 

微粒電漿聲波中之超高突波

相隔一週期連續二波面(垂直於波傳播方向)上微粒密度的空間分佈圖,箭頭指出時空局域化的超高突波存在
藉由觀測弱失穩微粒電漿聲波三度空間波型之時空變化與追蹤微粒運動軌跡,首度以實驗驗證超高突波存在於三維不規則疏密波,並指出扭曲或斷裂波面所造成的微粒運動三維聚焦為形成超高突波的主要機制。
Generation of acoustic rogue waves in dusty plasmas through three-dimensional particle focusing by distorted waveforms 
Ya-Yi Tsai, Jun-Yi Tsai, and Lin I  
Nature Physics (2016), doi:10.1038/nphys3669

 

耦合可激發元素之頻率增昇

耦合強度使系統同步並產生頻率增昇
探討在噪聲下藉由增加可激發元素間之耦合強度,進而使系統同步並產生頻率增昇之現象,來對頻率增昇機制進行解析探討 。闡述心肌細胞跳動頻率變化之現像,並開拓了生物體系如何運用單元間之作用以調節其時間週期變化之嶄新理論。
Frequency Enhancement in Coupled Noisy Excitable Elements 
W.Y. Chiang, Pik-Yin Lai*, and C. K. Chan*
Phys. Rev. Lett. 106, p.254102-1~4 (2011)

 

蜂毒蛋白在細胞膜上穿孔過程

蜂毒蛋白在細胞膜上穿孔過程
我們闡明蜂毒蛋白在細胞膜上形成孔洞的過程並且決定孔洞的結構,此研究成果不但在技術上有所突破,使用多元化的實驗技術來研究生物分子與細胞膜的作用,也可以作為藥物設計、疾病治療與非病毒式基因傳遞等生醫方面的應用的重要依據
Process of inducing pores in membranes by melittin 
Ming-Tao Lee, Tzu-Lin Sun, Wei-Chin Hung, and Huey W. Huang 
Proceedings of the National Academy of Sciences 110, 14243-14248 (2013) .

 

細菌向左走 細菌向右走 ?

F. johnsoniae 表面的黏著蛋白沿著封閉曲線運動 黏著蛋白的速率超過一臨界值時 ,細菌開始向左或向右滑行
Flavobacterium johnsoniae 具有高度對稱的結構並利用特殊黏著蛋白在物體表面滑行 。陳宣毅 ( 中大物理 ) 與和田浩史 ( 日本立命館大學 ) 的理論研究顯示,當黏著蛋白在細菌表面運動速率超過一臨界值時,細菌可藉由自發對稱破壞開始滑行。當黏著蛋白速率接近臨界質時,微小的環境變化便可以改變 細菌滑行的方向,所以細菌可能會調控黏著蛋白的滑行速率來改變運動模式。
Bidirectional Bacterial Gliding Motility Powered by the Collective Transport of Cell Surface Proteins 
H. Wada, D. Nakane , Hsuan-Yi Chen
Phys. Rev. Lett . 101, 248102(2013)

 

細菌鞭毛馬達的運轉動力

細菌鞭毛馬達動力學
細菌鞭毛馬達是一個天然奈米機械,利用細胞的膜電化學能驅動。我們直接量測馬達在各種不同驅動力狀態下的力矩輸出。馬達旋轉一圈需要 37 的離子。並且建立完整模型分析其動力學過程。
The mechanism and kinetics of a sodium-driven bacterial flagellar motor 
C.-J. Lo, Y. Sowa, T. Pilizota . and RM Berry 
Proceedings of the National Academy of Sciences 110, E2544-E2551 (2013)

 

銫原子 6S-8S 躍遷之光頻量測

銫原子雙光子躍遷光譜,由此推得自然線寬為 932 kHz 。請留意我們的量測誤差遠小於數據點。放大的彌合殘餘事實上一百倍小於譜線強度而且高度對稱,說明了我們的實驗數據與理論非常吻合。
銫原子 6S-8S 躍遷提供絕佳機會探討宇稱不守恆與弱電理論。藉著我們的光梳雷射與新穎的量子干涉光譜,我們獲得目前世界最佳的譜線解析度與躍遷頻率。這個實驗成果被美國光學學會選為 2013 年八月的 ” 鎂光燈焦點 “
The absolute frequency of cesium 6S-8S 822-nm two-photon transition by a high-resolution scheme 
Chien -Ming Wu, Tze -Wei Liu, Ming- Hsuan Wu, Ray- Kuang Lee and Wang- Yau Cheng
Opt . Lett . 38 , 3186(2013)

 

參與 AMS 實驗研究宇宙中的暗物質

圖中顯示在國際太空站上的 AMS 探測器,插圖為 AMS 所測量的正電子比例。
AMS 實驗測量宇宙射線中正電子與電子的比例,得到前所未有的精確結果。數據顯示正電子的比例在 1 0-250GeV 間持續上昇。但是,從 20 到 250GeV ,上昇的斜率降低了一個數量級。
First Result from the AMS on the ISS: Precision Measurement of the Positron Fraction in Primary Cosmic Rays of 0.5 – 350 GeV ” 
The AMS Collaboration, 
Phys. Rev. Lett . 110, 141102 (2013)

 

參與 CMS 實驗尋找希格斯粒子和新物理

一個可能由希格斯粒子衰變成雙光子的事件特徵
CMS 實驗在質量約 125 GeV 觀測到一個之前實驗尚未觀測到的新粒子,在統計誤差之內與預期的標準模型希格斯玻色子一致。
Observation of a new boson at a mass of 125 GeV with the CMS experiment at the LHC
The CMS Collaboration 
Physics Letter B 716 (2012) 30

 

參與 CMS 實驗為尋找新物理奠定基礎

左圖 : 光子產生截面積和光子垂直能量的關係,右圖 : 實驗數據和理論預測值的比較
CMS 實驗用 LHC 初期數據,量測光子的產生截面積,並和理論作比較。此結果奠定了辨認光子和估計光子背景干擾的方法。此論文也是 CMS 發表的第一篇光子物理論文。
Measurement of the Isolated Prompt Photon Production Cross Section in pp Collisions at sqrt (s)= 7 TeV
The CMS Collaboration 
Phys. Rev. Lett . 106, 082001 (2011)