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強子和人性的對撞
知識通訊評論第91期
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世界上最大的大強子對撞機（LHC）
前不久在瑞士日內瓦開始的新粒子物理實驗計畫，因為計畫人數規模龐大，已經引起許多社會科學家的研究興趣。此種科學確實改變了過去科學研究的特性和面貌，也給科學知識產生過程帶來新的視野。
二○○七年人類學家羅伊（Arpita Roy）加入一屋子粒子物理學家的行列，說要來觀察他們。當時，這些科學家們正在靠近瑞士日內瓦的高能物理實驗室「歐洲粒子物理研究中心」（CERN），全力趕工來完成世界上最大的機器「大強子對撞機」（LHC）。
LHC承載了幾代物理學家的希望；他們設計建造出這個能達到前所未有高能量的對撞機，並可能產生一堆科學上從未發現的新粒子。但是，LHC也是一個巨大的人類實驗，匯集了空前數量的科學家。因此，在最近幾年，社會學家、人類學家、歷史學家和哲學家一直的訪問歐洲粒子物理研究中心，看看究竟這些緊密聚集的物理學家如何碰撞、彈跳、甚至有時爆炸。
德國伍珀塔爾大學的粒子物理及物理哲學家博雷麗（Arianna Borrelli）表示，LHC提供了「一個實驗如何發展的即時景況」這種獨特的社會學研究，也就是科學家如何在這樣一個大計畫中，形成意見、作出技術決定以及流通知識。
歐洲粒子物理研究中心的研究主任貝托魯奇（Sergio Bertolucci）敏銳地意識到團結合作的重要性。他指出，這是一個令人難以置信的社會實驗，大約有 一萬名世界各地的物理學家參加了LHC實驗，其中有兩千兩百五十位由CERN聘用。單是回想他協同管理部份的規模，例如有三千人都想知道，他們是否可以提前回家過聖誕節，所需要的規劃，就夠使貝托魯奇頭痛了。
LHC在二○○八年九月啟用以來，歐洲粒子物理研究中心管理人員就經歷了一連串的麻煩。在對撞機運作上線一個多星期後，一個有問題電偶引起的爆炸，使該計劃停頓了十四個月。羅伊表示，這個挫折使CERN的科學家意志消沉，特別是擔心自己能否拿到學位的研究生。羅伊自己是加州大學柏克萊分校的研究生，她在歐洲粒子物理研究中心斷斷續續駐點了三年，觀察這個特殊社群的語言、禁忌和禮儀。
對撞機在二○○九年十一月重新啟動，應能收集數據兩年，於二○一二年關閉一年，進行預先規劃的升級。LHC預計四月會達到創紀錄的能量（七兆電子伏特）。對撞機將兩束相反方向的質子加速到接近光速，然後在大約二十七公里的地下軌道對撞，來達到這樣的高能。質子束會在環形軌道中的四個定點碰撞，包圍每一個碰撞點周圍是巨大的偵測器，真正的科學於焉產生。兩個最大的粒子探測器，一個螺旋環面 LHC探測器（ATLAS）和緊密渺子螺線管（CMS）的實驗，都有如公寓樓房的體積，每一實驗團隊都各擁有近三千人。
人口爆炸
每一世代對撞機的實驗合作規模，都帶來跳躍性增長，這種趨勢給對人們交互作用感興趣的研究人員，提供了充沛的機會。德國康斯坦茨大學的社會學家諾爾塞蒂納（Karin Knorr Cetina），是少數曾經直接目睹這種在許多世代中人數增長的社會科學家之一。她研究歐洲粒子物理研究中心的實驗團隊合作已近三十年。
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緊密聚集的物理學家如何決策？
諾爾塞蒂納初到時，物理學家是在一個較小對撞機作研究，他們的偵測器團隊也不到今日的十分之一大小。她回想，當時一百人的團隊就被視為很龐大了。諾爾塞蒂納提到，她所面對的粒子物理學家，通常是帶著友善的困惑；他們很幫忙，但將社會學家看作是「正牌科學家的窮表弟」。
羅伊認為，物理學家們這種「專業輕蔑」的態度一直延續至今。許多社會科學家說，他們之所以贏得CERN物理學家的信任，乃在於將自己徹底溶入他們的文化，好像是他們之中的一員。諾爾塞蒂納用這種方法解開實驗室中，數千科學家間如何維持和諧的政治之謎。
她表示，剛一開始，她預期的是和其他複雜組織（如產業界或政府）中一樣的指揮命令模式，但她沒有在CERN發現這種層級的體制。雖然有身居合作團隊高位的發言人(團隊主持人)，但沒有自上而下的決策，因為探測器的不同部份，是由許多的高度專業團隊打造。諾爾塞蒂納認為，在歐洲粒子物理研究中心，產業界的模式是行不通的。一個人根本無法出這麼大規模的技術決策。
CERN非傳統性的架構，部分是源自其歷史和哲學。該實驗中心一九五四年成立於瑞士、法國邊境，目的是要團結因戰爭而破碎的歐洲。貝托魯奇將其認定為一個全球合作的環境，其中科學超越了國家政治。但是在這個大實驗室裡，進行實際研究時理想主義還是受到挑戰。矛盾的是，科學並不是民主的；我們也不能由投票或多數決決定誰是對的。
「這是一個認知的泡沫，你無法逃脫， 也不會想逃脫。」
——諾爾塞蒂納
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ATLAS甚至舉辦科學家的聯誼活動
如果既不是一個產業體，也不是民主體制，那又是什麼結構？諾爾塞蒂納表示，歐洲粒子物理研究中心以一個公共社群的型態運作，其中粒子物理學家欣然離開自己的家園、放棄自己的獨立性，以為更大的群體工作。該社群的生活方式更為一事實所鼓舞；實驗室擁有獨立的國際領域。
貝托魯奇提到，即使是瑞士警方，也不能進來抓人。它有自己的餐廳、郵局、銀行和其他設施；一個人可以永遠生活在CERN，而不需要訪問鄰近的日內瓦。諾爾塞蒂納的評論是，這是一個認知的泡沫，無法逃脫，也不會有人想逃脫。
貝托魯奇認為，CERN作為一個成功的全球性機構，這樣的氛圍必不可少；從世界各地來到這裡的人們的不會覺得他們旅居外國，而覺得賓至如歸。
ATLAS合作團隊的博士後研究員布萊克（Kevin Black）表示，該實驗室的感覺就像一個公共社群，有許多人來自世界各地努力，實現一個共同目標。
犧牲身份
歐洲粒子物理研究中心的院區，到處充滿著迎迎迓的氣氛；它的兩個餐廳不負其聲譽，提供的食物可謂全世界物理界食堂的最高水準。除了舒適性和發現新粒子的承諾，還需要更多理由，才能說服數以千計的物理學家加入這個社群。諾爾塞蒂納點出，物理學家願意犧牲其身份，進入LHC合作團隊的一個因素，正在於其組織結構。
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諾爾塞蒂納
她以描述LHC最大實驗合作團隊ATLAS團隊的演變，來作為一個解說該組織結構的範例。她於一九八○年代後期，當ATLAS團隊從CERN幾個較老團隊的遺緒中創立時，開始她的研究。ATLAS要尋找的，主要是難以捉摸、目前被假設是構成其他基本粒子質量的希格斯粒子。
ATLAS合作團隊的創生階段，LHC的管理階層必須從不同的大學和研究機構競爭團隊所提出的幾個偵測器方案，作出選擇。最明顯且最有效的策略，似乎是由一個專家組成的委員會來決定使用哪種技術。然而，諾爾塞蒂納回憶，ATLAS並未採取此一途徑。
相反的，前述創生階段過程相當艱苦；相互競爭研究群的設計多次被退回，重新測試，直到他們都同意某一個計劃。這樣，他們避免了群體的分化，以及失去打造偵測器所必要的人力。諾爾塞蒂納認為，這是一個有趣的策略，使某些團體認輸，但仍然致力於合作。
這漫長的過程不可避免地推遲了計畫的構建。該實驗中心的物理學家笑稱，歐洲粒子物理研究中心還有宣傳小冊宣稱「LHC將在二○○○年啟動」；這個時延遲了將近十年。對物理學家而言，這種拖延自然令人沮喪，但諾爾塞蒂納的看法是，至少在某些情況下，它們是保持合作的必要成本。
CMS實驗的副發言人德洛克（Albert de Roeck），說明了那一策略背後的其他現實原因；發言人被認為是實驗的「老大」，但他們實際上根本沒有辦法執行專橫的決定。在產業方面，如果人們不同意主管的意見、拒絕執行其任務，他們可能被開除，但在LHC的合作中，這種情況不可能發生。他指出，在這些實驗中，物理學家往往受僱於大學，而不是合作計劃。
研究ATLAS形成前CERN合作結構的喬治亞理工學院歷史學家克里奇（John Krige）也同意，該實驗中心的決策並非簡單的由上而下。不過，他指出，「公共社群」這個詞彙的意思，暗示了合作的成員之間，並沒有什麼競爭；相反的是，此一合作的成功來自於子研究群之間健康的「組織競爭」，以快速、有效率的打造探測器的各種組件。
現在對撞機既已開始運作，團隊中還有其他的政策，加強了社群相對於個人的力量；諾爾塞蒂納解釋，基本上這就是將物理學家與自己研究的所有權剝離。所有實驗結果的論文，必須按國家字母順序，列出團隊數千成員每人的姓名，難以得知研究中的原創源自何人。
同樣也研究分子生物學家實驗室生活的諾爾塞蒂納認為，這大概不會發生在生物學，因為那個領域中最激烈的爭奪就在論文發表，名譽也建築於個人的發表紀錄上。相對於大部分的科學故事是關乎個人天才的發揮，甚至諾貝爾獎也只能由三人分享，麻州劍橋一個教育研究合作機構TERC的社會學家王瑪麗（Maria Ong），將大型強子對撞機列為一個了不起的反例。
誰能評斷？
哈佛大學的歷史學家加里森(Peter Galison)表示，「集體論文作者」的作法開啟了粒子物理學界知識建構方面的議題。今年二月，CMS合作團隊發表了第一篇使用LHC數據分析的論文，顯示第一次碰撞中，產生了比預期數量更大的特異粒子（介子）。該文件包括十五頁的作者姓名，共計兩千兩百到兩千三百多人（合作團隊領導人也不確定確切數字）。加里森質疑，能說有哪個人真正了解論文中所有的知識嗎？又有誰有能力外部審查這篇論文？加里森的看法是，這個研究已經到了一個只有合作團隊內部的人，才有資格審查該研究的地步。
「有資格審查該研究的人，都在合作團隊內部。」
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德洛克
德洛克說，粒子物理學的合作團隊大小，也不可避免地影響了同儕審查程序。CMS的論文在其內部審查程序，經歷了幾個月的嚴格檢查和修改；相反地，它在短短四天內，就通過《高能物理期刊》的外部同行評審。他認為，外部同行評審對將期刊論文的發表愈來愈不重要，因為它還遠不如內部評審程序來得嚴格。
雖然合作的力量來自強調社群的優點，最近的事態發展可能對此系統造成壓力。越來越多的粒子物理學家正在轉向，以寫網誌的方式追求個人主義。雖然大多數的網誌貼文沒有爭議，伊利諾州費米國家加速器實驗室（所謂的「費米實驗室」），曾處理的個案中就包括，物理學家突破職級授權，在合作團隊準備釋出資訊之前就將之洩露。歐洲粒子物理研究中心發言人吉利斯（James Gillies）表示，歐盟實驗室無意查禁網誌，但確實提供嚴格的指導方針，說明何種情況下才能討論研究成果。
即使有了這些指導方針，CERN的網誌現象，及其可能與其官方通訊扞格之處，將是一個二十位歷史學家、哲學家和社會學家（也包括博雷麗）組成的團隊，密切關注的議題。博雷麗開玩笑道，這樣算是一個巨大的人文合作研究了。這項對LHC的研究將在今年開始，由德國研究基金會（DFG）資助。
博雷麗指出，這將是一個關於在這樣的大型研究中知識如何流通的即時研究。她特別感興趣的，是物理學界透過線上論文庫arXiv.org發表論文的立即性，每天都有一百多篇非經同行審查的高能物理論文預印本，存入這個論文庫，並且開放公眾閱覽。她的問題是，物理學家如何選擇論文，在如此大量的資訊衝擊下又如何定位自己？
社會科學家還超越科學家的專業生涯面向，評估集體合作對於物理學家的個人層面有何影響。諾爾塞蒂納表示，許多粒子物理學家受到因自己行動導致計劃失敗噩夢的困擾，這種惡夢來自認為自己是長鏈中的一環，而不是一個獨立個體的人。
異常壓力
諾爾塞蒂納認為，粒子物理學家所表現的焦慮，被提高到超出了一般職業壓力的程度，因為他們的自我認同與探測器緊密相繫；這是一個他們用自己的雙手所建造的物件，但他們將之形容為一個朋友。物理學家們報告他們的噩夢時，描述他們被自己所想像的探測器損失所震撼，就像是一個珍愛家庭成員的死亡；這種現象不常在其他的實驗科學家身上出現。
德洛克同意LHC的物理學家承受著極端的壓力。每個實驗是由負責不同部分的子研究群所組成，沒有子研究群希望成為害群之馬，讓其他成千上萬的人失望。但他強調不要過度強化了實驗者和探測器之間的關係。他笑稱，他不會過度引申說物理學家有心理問題，開始把探測器當成朋友聊天。
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數以百計的科學家在CERN的建築集合拍照
最終，粒子物理學規模日益擴大的合作研究仍可歸因於不斷增長的探測器。在一九五○年代，發明追踪粒子路徑的氣泡室，用上了十名物理學家； 這在當時已被視是一個大的合作團隊了。
物理學家們已經在計劃下一代粒子加速器，但這可能不會提供多少可供社會科學家探索的新領域。加里森表示，合作規模不會再進一步上看兩萬五千名物理學家；高能物理已經碰到其人力的限制。
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http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/html.php?html=particleadventure/frameless/hadrons
強子, 重子, 和介子
就像群居的大象，夸克總是和其他的夸克成群結隊，而從未發現有單一個存在的。由夸克構成的結合粒子稱為
雖然每個夸克有分數電荷量，但是他們結合使得強子有淨整數的電荷量。強子的另一個性質是即使夸克自己帶有色荷，但強子並不會有淨色荷
(之後我們會談更多)。.
強子有兩個種類(試著將滑鼠點在大象上)：
…是由任三個夸克(qqq)所組成的強子。 因為它是由兩個上夸克和一個 下夸克所組成 (uud)，
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…包括一個夸克(q)和一個反夸克( 介子的一個例子是π介子 ( 因為介子由是粒子和反粒子構成，所以它很不穩定。K介子 (K
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關於強子的不可思議的一件事就是：在其中的夸克只占有非常非常非常小部分的強子質量
![[圖]](http://www.pha.jhu.edu/~dfehling/particle.gif)
※ 編輯: ott 時間: 2018-10-02 08:48:21
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