'The Pursuit of Wisdom' Public Lecture Series - Prof. CHU Ming-chung
Once there was a student collecting ‘Prof. Chu Ming-chung’s Shortcomings’. The answers he got were 'Too perfect, too kind’, ‘He watches the sun during his free time’, ‘He brings us to star-gazing’, which are all beautiful faults.
Prof. Chu Ming-chung of CUHK Department of Physics has been studying the smallest particles of the universe. He is leading a team of Hong Kong scientists to work on an international experiment to study the origin and fundamental structure of matter. In the perspective of Prof. Chu, there are asymmetries in the universe, but they are as beautiful as perfection. He gave a lecture on ‘Beautiful Asymmetries in the Universe’ in ‘The Pursuit of Wisdom’ Public Lecture on 24 May, and explored the universe with about 200 CUHK staff members and students, alumni, secondary school students and members of the public. Prof. Chu had a fruitful discussion with the moderator NG Ka-him, Vince (2008 M.A. in Journalism) and the student moderator CHUNG Chit-tik (CUHK Enrichment Stream of Theoretical Physics) and also took questions from the audience.
Prof. CHU's article published in Hong Kong Economic Journal (Chinese version only)
宇宙的美好缺憾（撰文：朱明中教授）
從前的旺角火車站是一個山頭，當時在伊利沙伯中學念書的我，特別愛在那山頭看星，滿天星斗，從此對天文宇宙產生了好奇，開啟了我投入研究、探索宇宙之路。
抬頭望見的宇宙星空，壯麗浩瀚，但很可惜，對我們研究宇宙的人來說，卻存在兩個極大的缺憾。
- 中大朱明中教授在5月24日「智慧的探索」公開講座中，以「宇宙的美好缺憾」為題作分享。他以梵高畫作《星夜》形容宇宙，雖有看得見的星星，但同時有很多看不見的暗物質，而星星又終有爆炸、熄滅的一天。
看不見的遠超看得見的
長久以來，宇宙學上存在一個問題。138億年前發生的宇宙大爆炸揭開了宇宙發展史，大爆炸最初期時，物質密度極高，而且分佈只有些微差異。其後，隨着宇宙不斷膨脹，物質因萬有引力互相吸引，經過138億年，貧者愈貧，富者愈富，物質分佈變得非常不平均，形成星系、星系團等大大小小的結構。不過，現時科學家所觀測到的宇宙結構，卻比純粹由已知物質的萬有引力造成的宇宙結構，來得更加不平均。要形成今天的宇宙，必須有人類未知的物質存在，亦即「暗物質」，而暗物質的數量更是已知物質的6倍。
原來在浩瀚的宇宙裏，人類看不見的遠超看得見的。
科學家現時對暗物質的認知極少，透過中大學生所做的天文、宇宙學模擬所見，我們只知道它是質量很大、速度很低的物質。它透明不發光，充斥宇宙各方，存在於課室、辦公室、家中、街上，它穿過你，你穿過它，但你看不到它，亦感覺不到它。最令物理學家不服氣的，是這些暗物質比我們知道的物質多很多，我們知道的實在很微不足道。
- 朱明中教授與主持人伍家謙先生（左，2008 新聞與傳播碩士），以及學生主持鍾哲翟（右，中大理論物理學精研課程一年級生）交流討論。
搜尋未知的暗物質
不服氣的我們，當然要繼續搜尋暗物質粒子。5年前，我帶領包括中大成員在內的香港物理學家團隊，加入了世界最大的基礎物理實驗室「歐洲核子研究組織（CERN）」，參加其中一個努力在地球製造暗物質的實驗。
暗物質是怎樣製造出來？答案就在CERN近年建成的「大型強子對撞器（Large Hardon Collider，LHC）」裏。這個對撞器是一個藏於100米地底的大圓環，全長27公里，橫跨法國、瑞士，進行全球最大的粒子對撞實驗，對撞器裝有數個加速器及4組探測器，香港團隊參與的是其中一組探測器ATLAS的研究。在對撞器裏，兩束名為「質子」的粒子加速至接近光速，然後對撞，情況有如宇宙初開的大爆炸，將很大的能量集中在很小的地方，讓火球膨脹，冷卻成大量的物質，包括一些大質量而未被發現的粒子，例如暗物質粒子。2012年，科學家就在這個對撞器中，透過質子對撞，捕獲希格斯粒子（俗稱「上帝粒子」），成為基礎物理學研究的里程碑。希格斯粒子對搜尋暗物質有極大的幫助，因為相信是賦予基本粒子質量的希格斯粒子，應與暗物質粒子有相互作用，在對撞器中有可能衰變成為暗物質，打開在地球上發現暗物質之門，尋回失蹤的能量與質量。
- 朱明中教授帶領香港物理學家團隊參與「歐洲核子研究組織（CERN）」，是世界最大的基礎物理實驗室。圖為中大物理系成員於CERN留影，牆上壁畫模擬粒子在「大型強子對撞器（LHC）」的探測器中對撞的情況。
恆星終會滅亡
另一個宇宙的缺憾，是恆星其實並不永恆。所有恆星都會死亡，死法有很多種，最燦爛的一種就是大爆炸，每個星系平均約50年發生一次。如果恆星質量超過太陽質量約10倍，死時必定會經過「星核塌縮超新星爆炸」，爆炸後星核可能會塌縮成為一個黑洞，黑洞代表很大的時空扭曲，而且是完全不對稱、有入無出的門口，我們完全不能探測黑洞裏是怎麼一回事。
原來在壯麗的宇宙裏，將會出現愈來愈多黑洞，千瘡百孔。
下一次超新星爆炸
雖然恆星熄滅很可惜，科學家（包括我在內）卻是十分期待下一次超新星爆炸。下一顆在銀河系爆炸的超新星可能發生於南方的海山二星（亦即船底座伊塔星），它的質量是太陽的超過100倍，光度是太陽的500萬倍，當發生「星核塌縮超新星爆炸」時，將會比1000億個太陽還要光亮。由於它的核心將塌縮到很小的空間，過程會將電子和質子壓縮，製造出大量我們仍然知道很少的中微子，以及放射出很多重力波。
- 講座吸引200人出席，當中包括中學生，他們於問答環節積極發問。
剛巧中大研究團隊有參與中微子與重力波探測的研究工作，萬一明天就發生超新星爆炸，我們亦已準備就緒。由於爆炸所產生的光會完全遮擋住核心的演化，單靠光學望遠鏡並不能觀測到星核塌縮及爆炸的過程。有賴全球科學家共同努力，包括我們中大成員積極參與研究的大亞灣中微子探測器，以及黎冠峰教授帶領中大團隊參與研究的LIGO及KAGRA重力波探測器，我們就不止可以看到爆炸外圍的火球，還可觀測超新星爆炸的核心。
宇宙的缺憾，造就壯麗的星空，讓我們繼續去追尋宇宙的真理。香港在天文、宇宙、物理學的研究成績並不落後，適逢基礎物理、宇宙學進入黃金歲月，加上近期的最新發現及突破，成為我們強勁的新工具去研究未知之處，我期望有朝一日發現暗物質、觀測到星核塌縮，都有我們香港下一代的足跡，揭開神秘宇宙的面紗。
