臺(tái)灣物理研究發(fā)展概述（上）

韋大成　張起燕

臺(tái)灣物理研究發(fā)展概述（上）

韋大成張起燕

早期發(fā)展情況

臺(tái)灣有組織地開展物理學(xué)研究始自于1966年，即科技主管部門在新竹清華大學(xué)出資設(shè)立“物理研究中心”（臺(tái)灣大學(xué)和臺(tái)灣中研院為合辦機(jī)構(gòu)，1983年改由臺(tái)灣科技主管部門直屬，1986年改名為“物理研究推動(dòng)中心”）以后，通過大力培育物理人才及推動(dòng)基礎(chǔ)與應(yīng)用物理研究，逐漸形成規(guī)模，執(zhí)行研究計(jì)劃的數(shù)量也由1966年的12項(xiàng)，發(fā)展到到1977年的36項(xiàng)，再到1988年的136項(xiàng)，研究水平也得到很大提高。

在1986年以前，島內(nèi)物理學(xué)研究主要集中在凝聚態(tài)物理、原子核物理、原子與分子物理、粒子物理、場論及統(tǒng)計(jì)力學(xué)等五大領(lǐng)域。其中，凝聚態(tài)物理研究的重點(diǎn)放在對(duì)固體材料的熱性、電磁性、機(jī)械性質(zhì)等方面的了解，進(jìn)而改進(jìn)、合成或控制材料的特性，以及研制或發(fā)掘新的材料。

原子核物理研究的重點(diǎn)放在原子核結(jié)構(gòu)及現(xiàn)象、電磁作用、強(qiáng)作用力及弱作用力、基本粒子研究之中間媒介等理論內(nèi)容；原子與分子物理研究的重點(diǎn)放在原子與分子中電子的分布及其與原子核間的電磁交互作用，以及與化學(xué)和生命合成物的性質(zhì)關(guān)系等方面；粒子物理及場論屬于物理學(xué)中最新領(lǐng)域；統(tǒng)計(jì)力學(xué)則作為方法論，研究重點(diǎn)放在通過系統(tǒng)組成單元之間的相互作用，來了解系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)與現(xiàn)象，特別是在相變化、平衡態(tài)與非平衡態(tài)的熱力學(xué)性質(zhì)及現(xiàn)象等問題的微觀了解上。

當(dāng)時(shí)島內(nèi)物理研究計(jì)劃雖不少，但其研究題目多屬依個(gè)人專長及興趣而從事的自由研究。為有效推進(jìn)物理學(xué)研究發(fā)展，臺(tái)灣科技主管部門下屬“自然科學(xué)發(fā)展處”在1985年初制定了“物理學(xué)科規(guī)劃方案”，以充分地因應(yīng)在推展即根據(jù)科技發(fā)展趨勢(shì)及社會(huì)建設(shè)需要，規(guī)劃出研究重點(diǎn)方向，并據(jù)以推動(dòng)大型整合性合作研究計(jì)劃，逐步使其所培養(yǎng)的專業(yè)人才及建立的研究體系，在質(zhì)與量兩方面都得以快速提升。

根據(jù)該規(guī)劃方案，臺(tái)灣物理學(xué)科基礎(chǔ)研究重點(diǎn)方向共有5個(gè)：規(guī)范場論及其現(xiàn)象學(xué)研究，稀土及過渡金屬系統(tǒng)的磁性及超導(dǎo)性研究，原子分子光譜研究與激光及同步輻射光源發(fā)展的配合運(yùn)用，固體表面的能譜學(xué)研究，非線性與相位共軛研究。

上世紀(jì)80年代，世界各國掀起高溫超導(dǎo)研究熱潮后，臺(tái)灣相關(guān)科技人員投入該項(xiàng)研究的越來越多。臺(tái)灣科技主管部門于1988年1月成立“高溫超導(dǎo)研究規(guī)劃小組”，負(fù)責(zé)購置關(guān)鍵性貴重儀器設(shè)備，供研究人員測試導(dǎo)體物理、化學(xué)特性以及材料制作之用，并分北部、新竹、南部三區(qū)，以整合計(jì)劃方式成立高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室，集中人力、物力，以重點(diǎn)研究尋求突破，提高島內(nèi)研究水平。

由于表面物理研究對(duì)臺(tái)灣當(dāng)時(shí)正在大力發(fā)展的電子及化工產(chǎn)業(yè)有極其重要的關(guān)系，臺(tái)灣科技主管部門于1986年9月成立了“表面物理研究規(guī)劃推動(dòng)小組”，制定了《表面物理計(jì)劃建議書》及《合作研究計(jì)劃書》，選擇能相互支持配合的研究重點(diǎn)，組成研究團(tuán)隊(duì)，集中資助其開展表面物理研究。

主要物理研究機(jī)構(gòu)

成立于1997年的臺(tái)灣“理論科學(xué)研究中心”理論物理組，現(xiàn)任主任朱創(chuàng)新來自新竹清華大學(xué)物理系（主攻粒子物理），聘請(qǐng)的“中心科學(xué)家”有蔣正偉（主攻粒子物理）、耿朝強(qiáng)（主攻粒子物理）、Cazalilla, Miguel A.米格爾（主攻核物理）、陳宣毅 （主攻生物物理）、陳柏中（主攻凝聚態(tài)物理）、仲崇厚（主攻凝聚態(tài)物理）、寺西慶哲（主攻凝聚態(tài)物理），另有十余名博士后及助理研究人員，每年還有數(shù)十位來自各地的“中心合作科學(xué)家”，他們共同組成12個(gè)重點(diǎn)研究小組，開展各領(lǐng)域研究外，還常常開展對(duì)外學(xué)術(shù)交流，舉辦國際性學(xué)術(shù)會(huì)議，邀請(qǐng)海外專家學(xué)者來臺(tái)灣講學(xué)和共同開展學(xué)術(shù)活動(dòng)。

為增強(qiáng)該中心各重點(diǎn)研究小組與不同領(lǐng)域研究人員的互動(dòng)，他們每年都要在臺(tái)北、新竹、臺(tái)南市三地輪流舉辦“中心物理日”，同時(shí)召開“理論物理大趨勢(shì)”研討會(huì)。同時(shí)，他們還積極培養(yǎng)與鼓勵(lì)島內(nèi)年輕學(xué)者進(jìn)行前沿科學(xué)研究，每年都要頒發(fā)“年輕理論學(xué)者獎(jiǎng)”與“博士后研究論文獎(jiǎng)”。

在對(duì)外交流與合作方面，他們積極與多個(gè)海外研究機(jī)構(gòu)開展合作，包括大陸重慶郵電大學(xué)數(shù)理學(xué)院、北京大學(xué)物理學(xué)院、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)交叉學(xué)科理論研究中心、美國馬薩諸塞州立大學(xué)物理系、日本高能物理研究中心、日本京都大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)研究所、韓國亞太理論物理中心、韓國高等研究院、澳大利亞高能粒子物理卓越研究中心、越南HUE大學(xué)和越南科學(xué)院物理研究所等。

目前，臺(tái)灣從事基礎(chǔ)物理研究的專業(yè)人員大多集中在設(shè)有物理學(xué)系/所的公私立高校內(nèi)，每年發(fā)表論文最多的有臺(tái)灣大學(xué)、新竹清華大學(xué)、新竹交通大學(xué)、成功大學(xué)、臺(tái)灣師范大學(xué)、淡江大學(xué)、東吳大學(xué)、中國文化大學(xué)、輔仁大學(xué)、中央大學(xué)、中原大學(xué)、中興大學(xué)、東海大學(xué)、彰化大學(xué)、高雄師范大學(xué)、中山大學(xué)、中正大學(xué)等物理學(xué)系/所。

能夠開展實(shí)驗(yàn)物理學(xué)研究的機(jī)構(gòu)主要為擁有較精密大型實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的新竹清華大學(xué)、臺(tái)灣大學(xué)、臺(tái)師大、臺(tái)灣中研院物理研究所和原子與分子科學(xué)研究所、臺(tái)灣原子能主管部門下屬的核能研究所，以及科技主管部門組建并管理的同步輻射研究中心等。

臺(tái)灣中研院物理研究所的歷史可追溯到1928年在上海建立的理化實(shí)業(yè)研究所，1962年在臺(tái)灣復(fù)建，由吳大猷擔(dān)任首任所長，此后一直是臺(tái)灣實(shí)驗(yàn)物理學(xué)研究的主力。1970年，該所將研究領(lǐng)域擴(kuò)展至大氣科學(xué)與流體力學(xué)，之后又在1975年新增生物物理研究計(jì)劃。上世紀(jì)80年代，該所的研究領(lǐng)域擴(kuò)充至場論與粒子物理、原子核物理、統(tǒng)計(jì)與計(jì)算物理等領(lǐng)域。

該所現(xiàn)任所長為李定國，共有45位研究人員，包括特聘研究員3名、研究員22名、副研究員12名、助理研究員3名，每年約有400余名訪問學(xué)者、博士后、兼任助理的研究生等約人來所從事研究工作，分為納米科學(xué)、中高能物理和復(fù)雜系統(tǒng)3個(gè)研究群組，研究方向涵蓋中微子物理及探測器、重夸克及大型對(duì)撞機(jī)物理、宇宙反物質(zhì)及暗物質(zhì)、高溫超導(dǎo)、磁性物理、納米科學(xué)、統(tǒng)計(jì)與計(jì)算物理、生物物理等領(lǐng)域，所內(nèi)擁有加速器實(shí)驗(yàn)室、納米核心設(shè)施中心、生物圖像核心設(shè)施、精工室以及高速網(wǎng)絡(luò)計(jì)算平臺(tái)等，大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器包括3MV串級(jí)靜電加速器、場發(fā)射穿透式電子顯微鏡、雙槍聚焦粒子束及掃描式電子顯微鏡、電子束曝光系統(tǒng)、激光曝光機(jī)、1000級(jí)無塵室內(nèi)制程設(shè)備(含黃光室)、納米壓印機(jī)、激光熱擴(kuò)散測量系統(tǒng)、納米粉末及薄膜制備系統(tǒng)、共軛焦激光顯微系統(tǒng)、全反射熒光顯微系統(tǒng)、熒光顯微鏡、三維超解析熒光顯微系統(tǒng)、拉曼圖像顯微系統(tǒng)、多光子熒光顯微鏡、原子力顯微鏡等，幾乎全部對(duì)外開放。

臺(tái)灣中研院原子與分子科學(xué)研究所由諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主李遠(yuǎn)哲倡議籌建，1995年正式成立，位于臺(tái)北市臺(tái)灣大學(xué)校園內(nèi)?，F(xiàn)任所長周美吟，共有30位專職研究人員、10位特聘研究員，每年約有200余位訪問學(xué)者及博士后、研究助理及研究生參與該所的研究工作。該所研究的范圍涵蓋化學(xué)、物理、光電等領(lǐng)域，并劃分為尖端材料與表面科學(xué)組、原子物理與光學(xué)組、化學(xué)動(dòng)態(tài)學(xué)與光譜組、生物物理與分析技術(shù)組等四個(gè)研究群組。

該所設(shè)有量子材料理論實(shí)驗(yàn)室、表面納米結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室、尖端材料實(shí)驗(yàn)室、分子/材料模擬實(shí)驗(yàn)室、表面動(dòng)力學(xué)與動(dòng)態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)室、固態(tài)核磁共振及觸媒化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、量子納米電子材料模擬實(shí)驗(yàn)室、生物物理電腦模擬實(shí)驗(yàn)室、自發(fā)性表面納米結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室、納米元件物理實(shí)驗(yàn)室、納米磁學(xué)實(shí)驗(yàn)室、現(xiàn)代光譜實(shí)驗(yàn)室、有機(jī)材料實(shí)驗(yàn)室、瞬態(tài)分子激光光譜實(shí)驗(yàn)室、分子束化學(xué)反應(yīng)動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)室、光化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、生化分子質(zhì)譜與光譜學(xué)實(shí)驗(yàn)室、生物質(zhì)譜分析實(shí)驗(yàn)室、基因與分子發(fā)育遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)室、強(qiáng)場物理與超快技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、理論原子碰撞實(shí)驗(yàn)室、超低溫原子與分子實(shí)驗(yàn)室等，擁有利用VUV同步輻射光探測化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究裝置、多質(zhì)量離子圖像探測器、10兆瓦飛秒脈沖激光器、交叉分子束儀、多質(zhì)量光碎片離子影像儀、雙色共振多光子游離光譜儀、自旋隧道電子掃描顯微鏡等儀器。

臺(tái)灣中研院天文及天文物理研究所自1993年開始籌建，直到2010年6月才正式成立，位于臺(tái)灣大學(xué)校區(qū)內(nèi)（天文數(shù)學(xué)館大樓內(nèi)），另在美國夏威夷設(shè)有辦事處。首任所長為賀曾樸，現(xiàn)有31位研究人員，包括特聘研究員4名、研究員5名、副研究員11名、助研究員11名，每年都有100多名訪問學(xué)者、博士后研究人員、海外科學(xué)家來此從事合作研究工作，主要研究方向包括河外天文學(xué)、恒星形成、星際與拱星介質(zhì)（也稱原行星盤）、天文塵粒物理、高能天文物理、理論及觀測宇宙學(xué)、太陽系及系外行星系統(tǒng)、天文儀器安裝與測試等，2013年共發(fā)表論文204篇。

2004年，該所設(shè)立高等理論天文物理研究中心，最初位于新竹市清華大學(xué)校園內(nèi)，2013年遷至臺(tái)灣大學(xué)，目的是將天文物理研究與教學(xué)相結(jié)合，將研究成果整合融入島內(nèi)大學(xué)生及研究生的教育課程之中，培養(yǎng)下一代天文學(xué)家。自成立以來，該中心積極開展有關(guān)宇宙中恒星、行星、致密天體、星系等起源與演化問題的研究，包括流體動(dòng)力學(xué)、磁流體動(dòng)力學(xué)、天文化學(xué)、輻射轉(zhuǎn)移等數(shù)值模擬，每年均舉辦一期冬季/夏季短期課程、2到4次學(xué)術(shù)研討會(huì)或各種規(guī)模的主題式課程，同時(shí)積極邀約外國訪問學(xué)者造訪該所，舉辦學(xué)術(shù)研討會(huì)與短期培訓(xùn)課程，將最新的理論天文物理研究成果帶給臺(tái)灣。

由于臺(tái)灣缺少獨(dú)立建造大型天文望遠(yuǎn)鏡的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)能力，以及島嶼環(huán)境的地理和氣候條件不適宜開展天文觀測，因此除在嘉義鹿林山上建有4座口徑僅50厘米的小型天文望遠(yuǎn)鏡外，其余觀測設(shè)備都是通過在外國與其他天文臺(tái)或天文國際組織合作建造的方式來取得，包括位于美國夏威夷冒納基山的次毫米波陣列射電望遠(yuǎn)鏡和宇宙微波背景輻射陣列射電望遠(yuǎn)鏡，以及位于格陵蘭的12米射電望遠(yuǎn)鏡和目前正在建造中的位于智利阿塔卡瑪沙漠的大型毫米波及次毫米波陣列射電望遠(yuǎn)鏡，臺(tái)灣都只是眾多參與者之一，僅擁有這些天文觀測設(shè)施的部分使用權(quán)力。

以上臺(tái)灣中研院這幾個(gè)研究所本身都有固定的研究經(jīng)費(fèi)預(yù)算，而大學(xué)物理學(xué)系/所的研究經(jīng)費(fèi)主要由“國科會(huì)”補(bǔ)助，每年約150個(gè)物理專題研究計(jì)劃項(xiàng)目，經(jīng)常參與計(jì)劃申請(qǐng)的研究人員有300人左右。

根據(jù)歷年《臺(tái)灣科技年鑒》、《“國科會(huì)”年報(bào)》及科技主管部門下屬“物理研究推動(dòng)中心”發(fā)表的各種簡訊、報(bào)告等資料顯示，目前臺(tái)灣物理學(xué)研究主要集中在天文及天體物理、基本粒子與宇宙學(xué)、高能物理實(shí)驗(yàn)、原子核物理、凝聚態(tài)與表面物理、統(tǒng)計(jì)與計(jì)算物理、生物物理、流體與非線性物理等領(lǐng)域。

粒子物理與宇宙學(xué)

在粒子物理領(lǐng)域，臺(tái)灣因缺少大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備，故以理論研究為主，其研究人員主要分布在臺(tái)灣中研院、臺(tái)灣大學(xué)、新竹清華大學(xué)、成功大學(xué)、臺(tái)師大、中央大學(xué)、中原大學(xué)、東海大學(xué)、中興大學(xué)和新竹交通大學(xué)等機(jī)構(gòu)，根據(jù)專長和愛好組成研究團(tuán)隊(duì)，每年固定召開研討會(huì)，相互啟發(fā)，共同促進(jìn)理論水平的提高。

例如在2000年，臺(tái)灣一組科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)重介子非輕子弱衰變的規(guī)范不變及發(fā)展紅外有限理論，即在微擾量子色動(dòng)力學(xué)的因次化定理架構(gòu)下，可建立一個(gè)規(guī)范不變及紅外有限的理論，避免紅外無窮大問題。

臺(tái)灣科學(xué)家2001年提出量子動(dòng)力學(xué)及弦論新算法，藉由非交換幾何的描述研究相關(guān)問題。此外，提出研究B介子衰變的量子色動(dòng)力學(xué)理論，借著對(duì)強(qiáng)作用機(jī)制的掌握，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可精確萃取標(biāo)準(zhǔn)模型中的弱相角等基本參數(shù)。2002年，在在弦論方面，推導(dǎo)S-膜的有效作用量，并求出在超光速粒子的背景下形成基本弦的解。

臺(tái)灣科學(xué)家2004年推論，奇夸克和底夸克間可能有相當(dāng)大的混雜，因此會(huì)造成新的CP相位及右手動(dòng)力學(xué)；利用手征對(duì)稱來探討π介子、K介子和η介子等粒子光錐分布函數(shù)的SU(3)違逆，并建立具有交互作用及化學(xué)位能的非相對(duì)論性費(fèi)米子系統(tǒng)（自旋1/2）的晶格場論，這個(gè)理論可以應(yīng)用在粒子間距大于位能作用范圍的情況，而且不會(huì)有符號(hào)問題。

2007年，臺(tái)灣科學(xué)家提出B介子衰變的偏極化問題，給出不同的衰變其湮滅圖貢獻(xiàn)的關(guān)系式。2008年，提出尋找希格斯波玻色子時(shí)可籍由其一種衰變模式，即當(dāng)其衰變成4個(gè)底夸克所形成的不變質(zhì)量，來補(bǔ)償尋找希格斯粒子的可能機(jī)會(huì)。

近幾年，隨著歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）正式運(yùn)行并不斷公布最新實(shí)驗(yàn)結(jié)果，開展對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型以外新物理現(xiàn)象的研究，成為島內(nèi)新熱點(diǎn)。例如臺(tái)灣大學(xué)物理系何小剛教授及其團(tuán)隊(duì)在2010年發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)模型不可能得出2005年在美國費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的Hyper CP發(fā)現(xiàn)大于標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的Σ+-＞pμ+μ-衰變率的結(jié)果，這一結(jié)果有可能解釋為一質(zhì)量為214MeV的新粒子引起的反?，F(xiàn)象。這一模型有很強(qiáng)的預(yù)言性并能被LHC實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，如暗物質(zhì)的直接產(chǎn)生等，并存在其它新粒子的可能性。

此外，2011年，臺(tái)灣中研院物理所李湘楠與美國密西根州立大學(xué)研究人員合作，以微擾量子色動(dòng)力學(xué)的重求和方法為基礎(chǔ)，建立強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中噴流現(xiàn)象的理論架構(gòu)，成功描述費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室及歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)測量的噴流質(zhì)量與噴流內(nèi)部的能量分布，首度實(shí)現(xiàn)物理學(xué)家以量子場論研究噴流現(xiàn)象的想法。

高能物理實(shí)驗(yàn)

在高能物理實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，由于臺(tái)灣島內(nèi)缺少大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備，只能借助外國。上世紀(jì)90年代，經(jīng)美籍華裔科學(xué)家丁肇中的安排，有5名臺(tái)灣科學(xué)家先后赴歐洲核子研究中心(CERN)從事高能物理方面的實(shí)驗(yàn)研究。自2001年起，他們開始加入大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中的緊湊型μ子螺旋管探測器（CMS）研發(fā)制造團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)前端的預(yù)顯示探測器的建造、運(yùn)行維護(hù)與數(shù)值分析，與國際上一流研究團(tuán)隊(duì)合作，共同尋找希格斯粒子。

近年來，臺(tái)灣科學(xué)家還參加大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)尋找希格斯粒子最重要的衰變頻道（希格斯粒子衰變到雙光子頻道）物理分析，為2012年新發(fā)現(xiàn)一個(gè)類似希格斯粒子的新玻色子做出成績。此外，他們還投入對(duì)重夸克的探索，已成功的提出幾項(xiàng)與重夸克有關(guān)的重要成果，在相似于標(biāo)準(zhǔn)模型下前三代夸克的序列型第四代夸克，以及非標(biāo)準(zhǔn)的奇異夸克的研究上皆有貢獻(xiàn)。

經(jīng)華裔科學(xué)家葉恭平的協(xié)助，臺(tái)灣中研院物理所部分研究人員1993年加入美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的費(fèi)米碰撞探測器（CDF）研發(fā)團(tuán)隊(duì)，參與粒子探測器的建造（負(fù)責(zé)提供并列光纖傳輸模組）與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。1年后，該團(tuán)隊(duì)順利發(fā)現(xiàn)頂夸克。2004年，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)由5個(gè)夸克所構(gòu)成粒子，被認(rèn)為是過去30年中首次觀察到重子、介子之外，新一類多夸克所構(gòu)成粒子的最明確證據(jù)。

1999年，臺(tái)灣大學(xué)高能物理研究人員又參與日本B介子工廠Belle實(shí)驗(yàn)，致力于B介子的稀有衰變與CP破壞的研究，在2005年發(fā)現(xiàn)了B介子到兩個(gè)K介子衰變的證據(jù)，確定“直接”電荷宇稱破壞。另外，還參與日本重子設(shè)施興建計(jì)劃，負(fù)責(zé)建造時(shí)間飛行探測器，利用50GeV高能質(zhì)子束，進(jìn)行粒子物理和核廢料處理實(shí)驗(yàn)研究。

李世昌領(lǐng)導(dǎo)的臺(tái)灣中研院物理所高能實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)還參與建造人類第一個(gè)太空磁譜儀（AMS），由美國“發(fā)現(xiàn)”號(hào)航天飛機(jī)載往地球軌道進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)地球附近的太空中有許多以前從未觀測到的高能量質(zhì)子、電子、反電子及氦的同位素原子核氦3，其中反電子數(shù)約為電子的4倍，且氦3數(shù)量遠(yuǎn)多于氦4。

由臺(tái)灣中研院物理所主導(dǎo)的“臺(tái)灣中微子實(shí)驗(yàn)”是島內(nèi)首次開展的高能粒子物理實(shí)驗(yàn)。在臺(tái)電公司核能二廠內(nèi)，距離反應(yīng)堆28米處建立實(shí)驗(yàn)室，以研究中微子物理特性。實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括重量達(dá)50噸的屏蔽體，以防止宇宙射線及周圍環(huán)境輻射所造成的背景干擾，還有精密的高純鍺及閃爍晶體探測器，加上性能先進(jìn)的電子儀器，用來顯視、監(jiān)控、記錄及分析探測器的信號(hào)。合作團(tuán)隊(duì)除了臺(tái)灣中研院、核能所、新竹清華大學(xué)外，還包括來自大陸中科院高能研究所、原子能研究院、北京清華大學(xué)、南開大學(xué)、四川大學(xué)，以及土耳其與印度的科研機(jī)構(gòu)。

該合作團(tuán)隊(duì)在2007年進(jìn)行的中微子磁矩實(shí)驗(yàn)研究，靈敏度達(dá)到世界一流水平。2010年再接再厲，完成了中微子與電子交互作用截面的測量，所采用的極低能高純鍺探測器技術(shù)，其探測能量范圍比之前更低100倍，成功開啟了研究暗物質(zhì)的視窗，在未被前人檢驗(yàn)的能量區(qū)域里，證明粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型依然有效，并限制了新物理理論的可能參數(shù)。所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果確信沒有發(fā)現(xiàn)任何中微子磁矩和輻射衰變的證據(jù)。其在2013年3月發(fā)表的最新數(shù)據(jù)，否定了美國CoGeNT實(shí)驗(yàn)在2011年發(fā)表的有關(guān)暗物質(zhì)的證據(jù)及詮釋，并引證其數(shù)據(jù)處理的不足之處。

目前，臺(tái)灣科學(xué)家正在與北京清華大學(xué)等機(jī)構(gòu)合作，在四川錦屏山地區(qū)建造世界最深的地下實(shí)驗(yàn)室，準(zhǔn)備全力開展尋找宇宙暗物質(zhì)的研究，備受國際同行期待。

原子分子物理

在原子分子物理領(lǐng)域，包括中低能核物理研究，主要在臺(tái)灣中研院原子與分子科學(xué)研究所、原子能主管部門下屬核能研究所及臺(tái)灣大學(xué)、新竹清華大學(xué)、新竹交通大學(xué)、中央大學(xué)、中原大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)開展，如利用激光冷卻低溫原子實(shí)驗(yàn)、激光等離子波電子加速器、同步輻射光源的相對(duì)比X光顯微術(shù)等，開展夸克膠子等離子體的特性及原子核內(nèi)的非線性動(dòng)力學(xué)研究。

例如，臺(tái)灣科學(xué)家發(fā)展出多重能量相位迭加的理論，即把光學(xué)全像術(shù)的概念，應(yīng)用于波長小約1萬倍的電子繞射上，將實(shí)驗(yàn)得到的電子繞射圖案做簡單的傅立葉轉(zhuǎn)換，即可看到所測量系統(tǒng)的原子三維結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)電子繞射圖案或曲線的Patterson反轉(zhuǎn)，也可直接獲得所測量系統(tǒng)的原子三維結(jié)構(gòu)。

2006年，臺(tái)灣中研院原子與分子所的研究人員利用交叉分子束及先進(jìn)的時(shí)間切片離子圖像儀技術(shù)，測量高能量薁分子與氪原子在交叉分子束中碰撞的散射圖像結(jié)果，藉由分析有機(jī)分子光化學(xué)實(shí)驗(yàn)所得到的能量轉(zhuǎn)移機(jī)率分布函數(shù)，直接觀察到超級(jí)碰撞（即一次碰撞轉(zhuǎn)移很多能量）的存在。

新竹清華大學(xué)物理系王道維教授在2008年發(fā)現(xiàn)，如果考慮一系列多層的二維結(jié)構(gòu)，這些冷分子是可以排成長鏈狀的流體，造成一種以前只有在軟物質(zhì)物理或化學(xué)反應(yīng)里看到的“極性流體”現(xiàn)象，但與之不同的是，這樣的長鏈結(jié)構(gòu)同時(shí)擁有溫度與量子效應(yīng)。由此證明許多在多分量低維度的半導(dǎo)體系統(tǒng)中的多體物理現(xiàn)象其實(shí)更容易在冷分子的系統(tǒng)內(nèi)達(dá)成，原因是冷分子間的偶極作用力可以同時(shí)有排斥力與吸引力，且因作用力的主角可以為費(fèi)米子或玻色子，這使得未來可以有更寬廣的空間來研究一些多體物理的基本性質(zhì)。

臺(tái)灣大學(xué)物理系郭光宇教授2009年利用自己編寫的相對(duì)論能帶計(jì)算程序，率先用第一原理方法計(jì)算半導(dǎo)體塊材的自旋霍爾效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)空穴型半導(dǎo)體如鍺、砷化鎵和砷化鋁有可觀的自旋霍爾電導(dǎo)率，說明實(shí)際半導(dǎo)體（超越Luttinger模型）存在自旋霍爾效應(yīng)。另外，軌道角動(dòng)量霍爾電導(dǎo)率比自旋電導(dǎo)率至少小一個(gè)數(shù)量級(jí)，也即自旋霍爾效應(yīng)不會(huì)完全被軌道角動(dòng)量霍爾效應(yīng)抵消。同時(shí)，他也預(yù)言在半導(dǎo)體中存在交流的自旋霍爾效應(yīng)。最后他還發(fā)現(xiàn)，可以利用半導(dǎo)體多層膜介面的應(yīng)變來操控自旋霍爾效應(yīng)。

2011年，臺(tái)灣一組研究團(tuán)隊(duì)利用掃描穿透式電子顯微鏡結(jié)合電子損失能譜儀，分析釹鍶錳、鈦酸鍶氧化物界面的絕緣性，發(fā)現(xiàn)界面上出現(xiàn)相互擴(kuò)散并造成極性不連續(xù)平滑化，顛覆了傳統(tǒng)科學(xué)界對(duì)絕緣界面不應(yīng)出現(xiàn)凈電荷的認(rèn)知。