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An introduction to the CMS Experiment at CERN

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    首部曲:
    為何基礎科學如此重要
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    數千年以來，人們抬頭望向星空
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    思考著宇宙間的自然定律以及人類所處的位置
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    宇宙有多大、宇宙存在了多久？
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    是什麼機制讓星星們閃耀？
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    藉由基礎科學的研究，人們嘗試回答這些問題
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    科學家們幫助我們進一步累積人類的知識
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    為人們帶來福祉
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    但是，距離滿足人類好奇心的目標，仍遙不可及。
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    我們所找到的解答，反而進一步推向新的問題
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    例如，重力的本質是什麼？
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    宇宙是否只有三度空間？
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    還是有著更高的維度？
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    為何大霹靂產生的反物質都消失了？
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    只留下了一個由正物質構成的宇宙？
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    什麼是質量的來源？
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    來自全世界的科學家聚集在「歐洲粒子研究中心」(CERN)
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    同心協力試著回答這些非常具挑戰性的問題
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    為了增進人們對於宇宙定律的了解
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    我們將高能量的粒子互相撞擊粉碎
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    用巨大的偵測器把撞擊的事例紀錄下來
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    就如同這個「緊湊渺子螺線管」簡稱為 CMS 的實驗
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    大型強子對撞型加速器 (LHC) 將質子加速
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    達到非常接近光速的狀態
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    然後在 CMS 的中心部份碰撞擊碎
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    質子撞擊後的能量轉換成了物質
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    產生的次級粒子往四面八方飛去
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    CMS 偵測器就像一部高速數位相機
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    以每秒四千萬次的速度紀錄著碰撞的發生
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    提供給科學家作進一步的分析
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    LHC 正幫助我們探索未知的領域
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    二部曲:
    LHC 與 CMS 的建造
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    大型強子對撞器 (LHC) 位於瑞士與法國的邊境
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    周長約為 27 公里，建在離地面約 100 公尺的地下通道
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    是至今人類所建造最強力的粒子加速器
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    它的設計將用來撞擊質子團，達到每秒四千萬次
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    在整個加速環上有四個撞擊點
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    各自建構了大型的偵測器在撞擊點上
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    每一座偵測器分別由其所屬的國際合作團隊運作著
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    CMS 與 ATLAS 是兩個通用型的偵測器
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    設計用來觀測任何自然界可能新物理的徵兆
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    CMS 是「緊湊渺子螺線管」的簡稱
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    這名稱源自於它的體積，長寬分別為 15 與 21 公尺
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    相對於其包含的偵測器材料，是相當的緊密扎實的
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    它是設計來精密量測一種稱之為渺子的粒子
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    內部有著目前為止最強大的的螺線管型電磁鐵
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    整個偵測器的重量是一千四百噸
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    有著七千五百個獨立的讀出頻道
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    用來偵測與分辨各種不同的次級粒子
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    CMS 有著許多分層的結構，就像一個圓柱型的洋蔥
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    最內層的子偵測器稱為矽軌跡偵測器
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    可以紀錄下帶電粒子通過時的軌跡
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    再來的幾層是電磁量能器
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    與強子量能器
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    可以把電子、光子與所謂強子的複合粒子
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    所攜帶的能量收集並且紀錄下來
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    然後是螺線管型的電磁鐵
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    位於最外層的則是渺子偵測器
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    碰撞事件中，可能有意義的資料
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    將會被儲存下來，做進一步的分析
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    其他無趣的事例則會被丟棄
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    數據分析則是依靠位於全球的 LHC 計算網格
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    連繫各個國家的計算資源
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    成為一個單一的架構
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    CMS 實驗到目前為止已經發表了超過 300 篇論文
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    到 2013 年初為止，已經累積了約 64 PB 的資料
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    三部曲:
    CMS 的建造與運作
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    CMS 實驗位於法國的賽思城地區
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    是距離 CERN 總區約十公里的地方
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    開鑿放置 CMS 偵測器的巨大地下洞穴始於 1999 年
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    在早期開始挖掘的時候，工程師們有些不期之遇
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    發掘到了西元 309 到 315 年羅馬時代的住宅遺跡
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    還有錢幣與陶器的碎片
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    第二件工程師們已預知的挑戰
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    是整個挖掘工作必須通過一個流動的地下水層
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    CERN 的工程師想到了一個方法：先把水冰凍住
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    便可以鑿穿冰層並以水泥固定豎井的壁面
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    才得以完成這個 100 公尺深的豎井
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    在此同時，CMS 偵測器則在地面上進行組裝
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    各個部件則運送自世界各地
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    CMS 是設計成由多個塊狀切片組成的
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    在組裝之後，各個切片以起重機穿過豎井垂降
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    到達實驗層的地下洞穴中
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    最後於洞穴中再重新組合起來
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    而重量最重的一個部份，重達 2000 公噸
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    靠著非常仔細的操作，歷經十個小時才完成垂降
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    2009 年 CMS 紀錄到第一批質子碰撞的事例
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    全世界都為此而歡呼
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    2012 年七月四日，CMS 向全世界宣佈了新粒子的發現
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    目前已確認就是期待已久的希格斯粒子
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    物理學家繼續尋找著許多可能的新粒子與現象
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    希望能夠解釋更多未知的問題
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    四部曲:
    什麼是 CMS 未來的挑戰？
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    在 2012 年發現的希格斯粒子，幫助人類知識的演進
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    進一步確認宇宙間的基本粒子如何獲得質量
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    這是 LHC 的第一步
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    要了解這新發現的希格斯粒子的各種性質
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    尚需多年的研究
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    LHC 加速器在建造的時候，就有著長程的規劃
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    我們對於宇宙間基本粒子的了解
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    以及四大力學中三個作用力的運作
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    是總結於一個稱為標準模型的粒子物理理論
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    然而，物理學家在經過幾十年來的預測與修正
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    科學家們了解到這個標準模型其實並不完備
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    理論學家提出了許多基於標準模型的延伸
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    有許多預測的現象可以在 LHC 與 CMS 進行檢驗
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    這些包含了暗物質與多維空間的理論
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    還有對於宇宙間粒子與反粒子不對稱的差異
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    來進行解釋
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    LHC 加速器在 2015 年開始新的運轉週期
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    進一步達到目前加速器的最高能量 13 TeV
  • 6:37 - 6:40
    在這個新的能量疆界，希望將提供更豐富的數據
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    而 CMS 的科學家們將再花費數年的時間進行分析
  • 6:43 - 6:47
    渴望在這裡能夠揭開更多自然界所隱藏的奧秘
  • 6:47 - 6:50
    緊湊渺子螺線管實驗將再持續至少二十年
  • 6:50 - 6:53
    隨著時間的演進
  • 6:53 - 6:55
    將會有新的子偵測器建造出來
  • 6:55 - 6:57
    來升級目前現有的設備
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    一個新的科學旅程才正開始著
  • 7:01 - 7:06
    我們期待這個探險繼續延續
  • 7:06 - 7:10
    進一步解開自然界更深層的秘密
Title:
An introduction to the CMS Experiment at CERN
Description:

In this four-part video, we introduce you to the CMS detector at CERN's Large Hadron Collider, describing its construction and history as well as its physics goals.

Episode 1: Why Fundamental Science is Important – https://youtu.be/S99d9BQmGB0?t=1s

Episode 2: Conception of LHC/CMS – https://youtu.be/S99d9BQmGB0?t=1m37s

Episode 3: Construction and Operation of CMS – https://youtu.be/S99d9BQmGB0?t=3m47s

Episode 4: What are the Future Challenges of CMS? – https://youtu.be/S99d9BQmGB0?t=5m21s

The video is subtitled in several languages, so be sure to pick one that you prefer!
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Video Language:
English
Duration:
07:26

Chinese, Traditional subtitles

Incomplete

Revisions

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