【專題企劃5】臺灣偵測器聯合實驗室
碰撞出高能物理新高度

聯合實驗室自2020年成立，目前由臺灣大學、中央大學、中央研究院、清華大學與成功大學高能物理相關的實驗室組成，由於高能物理領域屬於「大科學」，因此，資源共享及分工合作，都是相當重要且必要的。TIDC與「高能物理」研究領域的關係密不可分，而高能物理的研究核心，是用實驗方法研究基本粒子之間的交互作用，呂教授領導的實驗室強調利用硬體跟偵測器研發／建造的方式，來運行實驗，取得好的數據，以了解物理背景。

呂教授說道，當初成立實驗室，是為了LHC的升級計畫，起初聯合實驗室是為了緊湊型渺子螺線管探測器(Compact Muon Solenoid, CMS)實驗而合作，規模也較小，僅有臺大與中大；之後，又因LHC升級計畫中的另一個超環面儀器(A Toroidal LHC Apparatus, ATLAS)實驗，需集合人力與資源，臺灣高能物理領域相關的實驗室就自然而然地聯合在一起，中研院、清大、成大因而加入，五校一同合作，形成今日的TIDC。由於高能物理這樣的研究領域，需要很多人力、資源，甚至是跨國際的合作，因此，儘管TIDC的各個研究室分散在臺灣各個縣市，但橫向溝通對於各位教授而言，並沒有太大的問題。

高能物理研究可粗略區分為硬體、實驗為主的主題，以及計算跟物理分析為主的課題；聯合實驗室成立到現在為止，發展重點以前述的硬體，也就是矽偵測器為主要目標。中央大學的郭家銘、林宗泰教授，以研發矽偵測器見長；中研院的張元翰、林志勳博士，則專注於設計製具及精工廠的運作；而臺大的呂榮祥、裴思達教授，致力於偵測器模組的研發與製作。聯合實驗室的各個團隊各自具有偵測器方面的頂尖技術，而這些合作，將可以研發出新一代的偵測器與科技，帶領高能物理領域前進到下一個階段。

TIDC成立一年多來，首要專注於高能實驗的研發，不過也不乏跨領域的接觸與合作。例如郭家銘教授，與同為中大的地球科學系陳建志教授，合作研發渺子成像新型探測器；臺大的裴思達教授，亦參與中研院地震研究中，放射性氣體——氡氣偵測器的研發；本次訪問的呂榮祥教授，也跟臺大物理系王名儒老師合作，設計尖端晶體研究團隊所需要的晶體測試系統，以量測新研發晶體的表現。中研院的林志勳博士，也協助長庚質子治療中心設計X光的校正系統，該機器現在固定放在長庚醫院，用以校正質子束流的強度。

雖然實驗室一開始成立的目的是為了大強子對撞機的升級實驗，但美國的布魯克黑文國家實驗室(Brookhaven National Laboratory，下文稱BNL )得知TIDC的成果與能力後，便積極向實驗室接觸，希望我方可以幫忙製造及生產BNL所需要的矽偵測器，因此，從去年開始共同研發，並且為對方生產新一代的矽偵測器。其實，當初設立聯合實驗室時，並沒有預期會有跨國的專題與聯繫，但從對方主動提出邀約，並產生新連結的過程，間接來說，也是對TIDC的一大肯定。

要找到基礎又尖端的人才加入團隊並不容易。呂教授說，目前團隊中研究人員的養成，多半來自各大學的物理系，尤其是研究所的階段，從中發掘對高能實驗有興趣的人，方法相對保守；不過，最近也開始積極向外推展，到各個大學演講，一方面讓更多人知道高能物理實驗與偵測器的資訊，另一方面，也期望吸引不同領域和背景的學生。今年(2022)夏天，TIDC更舉辦了暑期學校，且於網站公告，期望為期6天、集結十餘位頂尖高能物理相關學者，能帶給有興趣的學生更多刺激，進而系統性的了解問題與分析問題。

TIDC成立初始，便以矽偵測器為首要目標，呂教授也坦言，未來仍會有70%的資源，專注在高能物理實驗的基礎學術研究。然而在基礎研究外，因為團隊具有偵測輻射粒子跟大數據的專長，所以，像生醫、地質、晶體結構，或其他需要進行輻射粒子、質子、X光等實驗或監測的範疇，都是下一步拓展跨域合作的機會，這也有助提升國內整體研究實力，達到雙贏的榮景。

而對於學界和產業方面，長遠來說，TIDC也想銜接雙方的專長與資源。臺灣在半導體方面有很強大的背景，假若將臺灣的科學園區和研究單位加以整合，或可創造出一條龍式的偵測器聯合實驗室，從一開始的設計與模組開發，到製作最終成品，都能在臺灣完成。一旦這個框架建置完備，將具有國際層級的優勢與競爭力；未來，當世界上任何機構需要粒子偵測器的時候，會知道臺灣有足夠的量能和科技，進行完整的研發、設計和生產，帶領整個學界與產業邁向下一階段的里程碑。

最後，對於非高能物理領域的人，呂教授也鼓勵大眾多多了解粒子物理實驗或大科學在做些什麼，待解決的問題有哪些。臺灣的應用科學相當受到矚目，而基礎學門相對關注較少，大學物理相關科系中，著重凝態、電機方面的研究室比例也較高，然而，像這樣的情形，卻與國外的物理研究恰恰相反，這在呂教授的觀察中，是個相對奇特的現象，而這個現象的背後，或許跟臺灣的學術風氣有所呼應。

TIDC是一個集結高度專業與資源的團隊，於技術上，擁有產製高品質矽偵測器的能力；於跨域研究上，提供其他領域精準觀測粒子的支援；於人才培育上，亦開辦暑期學校，拓廣接觸潛在研究人員的機會。儘管臺灣的高能物理實驗已經準備多年，但TIDC的整合，反映出臺灣在偵測器與高能物理實驗的推展上，都還有更蓬勃發展的潛能，而未來，這樣基礎的研究，可望帶領人們站上更高的成就。

1. 建立科研合作新模式，打造國際優勢研發能力　科技部推動建立臺灣高能物理聯合實驗室