課程資訊
課程名稱
粒子物理的世界
The World of Particle Physics 
開課學期
109-1 
授課對象
 
授課教師
熊 怡 
課號
Phys1036 
課程識別碼
202 11400 
班次
 
學分
2.0 
全/半年
半年 
必/選修
 
上課時間
星期三7,8(14:20~16:20) 
上課地點
博雅103 
備註
A7:物質科學
總人數上限:100人 
Ceiba 課程網頁
http://ceiba.ntu.edu.tw/1091Phys1036_ 
課程簡介影片
 
核心能力關聯
核心能力與課程規劃關聯圖
課程大綱
為確保您我的權利,請尊重智慧財產權及不得非法影印
課程概述

「粒子物理的世界」的內容包含廣泛,以探索講座或通識講座的理念,並以單元課程來規劃出十個課程綱要單元:
1. 什麼是基本粒子:介紹基本粒子的分類與發現史
2. 相互作用力:介紹強作用力、弱作用力、電磁力及重力與基本粒子的關連。
3. 什麼是對稱性:介紹對稱性與非對稱性對粒子物理發展的影響。
4. 標準模型:介紹標準模型之下的基本粒子與作用力場。
5. 如何觀測粒子實驗:介紹粒子物理的探測器。
6. 什麼是粒子加速器:介紹粒子加速器以及對人類科技的影響。
7. 超對稱理論及新物理:簡介粒子物理中可能的新物理現象。
8. 微中子振盪:介紹難以捉摸的微中子以及奇妙的振盪現象。
9. 粒子物理與宇宙:介紹粒子物理對宇宙起源與演化扮演的角色。
10.粒子物理與人類:粒子物理的發展對人類現代化的貢獻。
本課程授課中英文皆會使用。
 

課程目標
以探索、問答和獨立思考的方式來介紹粒子物理的新現象,並以希格斯粒子的發明與發現作為課程內容規劃的參考。
粒子物理雖然在國際上是一非常熱門的領域,但在國內對大多數人及學子仍屬數理中冷門課題,主要是所需之數理背景較深奧,對大多數人不易涉獵其中。
我曾以此一題材,在和平高中數理資優班給過一場演講,當時同學的熱烈參與讓我深受感動並思考如何將此一領域能深入淺出的介紹給大多數人。因此希望以探索、問答和獨立思考的方式來介紹粒子物理的現象。  
課程要求
指定閱讀、課外相關內容資料搜尋以及延伸閱讀作為課堂上探索討論之依據。  
預期每週課後學習時數
 
Office Hours
備註: 每週一 14:00~16:00 
參考書目
一、 指定閱讀(請詳述每週指定閱讀)
《上帝的粒子 – 希格斯粒子的發明與發現》(Higgs – The Invention and Discovery of the ‘God Particle’) Jim Baggott 巴格特@著, 柯明憲@譯,
貓頭鷹出版。
本書與課程規劃單元相關的章節為每週指定閱讀。
二、 延伸閱讀(請詳述每週延伸閱讀)
本書與課程規劃單元中不足的內容將由同學課外上網搜尋作為每週延伸閱讀和課堂上探索討論之依據。  
指定閱讀
《上帝的粒子 – 希格斯粒子的發明與發現》(Higgs – The Invention and Discovery of the ‘God Particle’) Jim Baggott 巴格特@著, 柯明憲@譯,
貓頭鷹出版。
本書與課程規劃單元相關的章節為每週指定閱讀。  
評量方式
(僅供參考)
 
No.
項目
百分比
說明
1. 
期末考及報告 
30% 
 
2. 
期中考 
30% 
 
3. 
課外閱讀報告 
40% 
 
 
課程進度
週次
日期
單元主題
第1週
9/16  Introduction - TA
(HW: Self introduction due in 2 weeks)
(加選) 
第2週
9/23  Self Reading
Prologue: Form and Substance 序幕: 組成與物質
Ch.1 The Poetry of Logical Idea 如詩般的邏輯概念
The Moth Video: The Singing Janitor - Leon Lederman

 
第3週
9/30  Self Reading
Ch.2 Not a Sufficient Excuse 不是個好理由
video: Particle Hunter - the CMS experiment
Video: From Atom to Quark 從原子到夸克

Self intro due
 
第4週
10/7  Self Reading
Ch.6 Alternating Neutral Current 捉摸不定的中性流

Video: CERNs supercollider (Brian Cox)
Video: CERN Atom Smasher - How it works

2020 Nobel Physics Prize!
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2020/summary/
 
第5週
10/14  Ch.3 People will be Very Stupid about it
無法理解這理論的價值所在
Ch.6 Alternating Neutral Current 捉摸不定的中性流
The discovery of Charm Quarks
https://www.aps.org/publications/apsnews/201711/history.cfm

Video: New boson spotted at LHC: Is it Higgs?
Video: CMS Barrel Steel manufacture

Discuss HW#1 report due 11/4
Watch DrPhysicsA's 3 lectures then write 2-3 pages report! 
第6週
10/21  Self Reading
Ch.3 People will be Very Stupid about it
無法理解這理論的價值所在

Video: The significance of the Higgs Boson discovery - Dr. John Ellis - BOLDtalks 2013
Video: What is the Higgs boson? (John Ellis) YouTube - CERN



 
第7週
10/28  Self Reading
Ch.7 They must be W's 非W粒子莫屬
Book: The God Particle (Leon Lederman)
Particle Accelerators
Video: How particle accelerators work
Video: Linear Particle Accelerator -Youtube
Video: Particle Accelerators Reimagined - Suzie Sheehy


(科普一傳十節目)
 
第8週
11/4  Self Reading
Ch.4 Applying the right Idea to the Wrong Problem
對的想法, 卻應用錯了問題

Video: 5 things you should never do with accelerator (Suzie Sheehy)

Video: The Matter Of Antimatter: Answering The Cosmic Riddle Of Existence (Brian Greene)

HW#1 report due 
第9週
11/11  mid-term 期中考 
第10週
11/18  Self Reading
Ch.5 I can do that 我辦得到

Video: The Matter Of Antimatter: Answering The Cosmic Riddle Of Existence (Brian Greene)
Video: Particles and Waves 粒子與波
Video: 量子的場論:堆砌宇宙真正的磚頭 - David Tong演講 
第11週
11/25  Self Reading
Ch.8 Throw Deep 放手一搏


Information for HW#2 topics selection:
https://en.wikipedia.org/wiki/Dirac_equation
https://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_particle_discoveries
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/
 
第12週
12/2  Self Reading
Ch.9 Fantastic Moment 美妙時刻
How to observe particles in the experiments?
Slides for Particle Detection Methods: Calorimeter


Select topics for HW#2 
第13週
12/9  Slides for Particle Detection Methods: Tracking

Video: The future of Higgs boson
https://www.youtube.com/watch?v=UxRYaYPo8GM
 
第14週
12/16  Self Reading
Ch.10 The Shakespeare Question 莎士比亞的問題
Epilogue: The construction of Mass 質量從何而來 Afterward

Video: Cracking the Nucleus (衝破原子核) 
第15週
12/23  Neutrino Oscillation and experiments
HW#2 due

Neutrinos -- an identity crisis: Laura Lee Kormos at TEDxLancasterU
Video: https://www.youtube.com/watch?v=VfEQKTb7TTo

HW#3 report - 看完 粒子狂熱(Particle Fever)與上帝的粒子 的感想 
第16週
12/30  Neutrino Oscillation and experiments
Video: Neutrino Astronomy: Can You See What I See?
https://www.youtube.com/watch?v=JzXuvowtZ6A
(TEDx talks) Jim Madsen TedxUW on Ice Cube

Search for new physics, beyond Standard Model, etc.
videos: Hidden Dimensions: Exploring Hyperspace (Brian Greene)
https://www.youtube.com/watch?v=h9MS9i-CdfY
What is Supersymmetry, Big Mysteries The Higgs Mass, Big Questions Dark Matter, etc. 
第17週
1/6  Extra
HW#3 due 
第18週
1/13  Final Exam 期末考