很多天以前,我在《加速器:它们粉碎原子,不是么》最后提到了在加速器每一次粒子的对撞都被称为“事件”,那么我们该如何记录这些事件呢?就像卢瑟福利用硫化锌测试“隐形”的α粒子的存在,并且利用这个知识来决定α粒子的路径,现代物理学家必须观察粒子的衰变产物,从中推论出粒子的存在。为了寻找各式各样的粒子和衰变产物,物理学家已经设计了拥有多种部件构成的探测器,每个部件用以测试一个事件的不同方面。
现代探测器的每一个部件都用来测量粒子的能量和动量,或者是,区别不同的粒子种类。当所有部件一起探测一个事件,我们可以从许多粒子中选出特别的粒子群来分析。
从这些事件中,计算机收集并诠释从探测器得到的大量数据,通过分析最后向物理学家展示其推论的结果。物理学家对粒子碰撞中和碰撞后的事件非常的好奇。因此,他们把探测器放在特定的地方,那里会有阵雨般的粒子事件尾随而来。
根据所要分析的碰撞形式,探测器有不同的制造方式。固定靶产生的粒子通常往前飞,所以探测器做成圆锥状并摆在顺位。在粒子束对撞实验中,粒子往各个方向辐射,所以探测器制作成球状,或者更普遍的做成圆柱状。
现代探测器包含了许多不同的小配件,分别测试同一事件中的不同方面。这许多零件的组装方式可以使物理学家得到由事件产生出的粒子的最大数据。探测器被分为不同部分的原因是,每一个部分都负责试验某一种粒子的特性。将这些零件组装后,粒子会连续通过这些装置。当粒子以我们可以测得的方式与探测器相互作用,或者是衰变成可探测的粒子,我们就可以确定它的存在。
探测器的一个主要功能就是测量粒子的电荷和动量。基于此,在探测器的内部,尤其是追踪装置,都处于强磁场当中。由于带正负电的粒子爱磁场中的弯曲方向相反,因此由粒子的运动路径就可以轻易读出其带电性为何。我们知道,在磁场中行进的粒子,动量小的粒子会比动量大的粒子被弯曲的程度强,从弯曲的程度我们可以计算粒子的动量。这是因为动量大的粒子在磁场中的行进时间较短或者是惯性比动量小的粒子大所以在磁场中行进时不易弯曲。
在粒子对撞的事件中,探测器记录了数以百万计的点数据。因此,使用计算机来读取这些数据是必要的,利用计算机可以计算出最有可能的粒子路径及衰变,还有与预期行为相异的地方。透过类似这样的事件分析,物理学家已经找到了标准模型强有力的证据。至此,我们已经大概的了解了标准模型的全部,下面是这次标准模型系列的回顾:《什么是“基本”?》、《世界是由什么构成的?》、《是什么把粒子紧紧地束缚在一起?
》、《粒子的衰变与湮灭》、《从大型强子对撞机的最新实验结果,回到卢瑟福的年代》、《如何观察这个世界》、《加速器:它们粉碎原子,不是么?》。