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3.7洋蔥的下一層

我在2.6節介紹過什麼是量能器,它在偵測器的「圓柱狀洋蔥」高科技結構占了一、兩層;超環面儀器和緊湊緲子線圈都是以這樣的層狀結構,包圍住大型強子對撞機的質子對撞處。每一層儀器負責收集對撞產生的粒子重要資訊、種類各異,科學家再分析數據去研究結果背後的物理機制。

量能器測量在其內部停下的粒子所放出的能量大小──按照設計,量能器能處理的粒子數量非常可觀。緊湊緲子線圈的鎢酸鉛結晶、超環面儀器的液態氬都盡可能取用最大的密度,好讓量能器能擔此重任。緊湊緲子線圈的鎢酸鉛是個很理想的材料,和玻璃一樣透明、卻重上好幾倍

(*編注:鎢酸鉛比玻璃重三倍多,甚至比鐵重一點點)。

緊湊緲子線圈的遊客中心裡展示了兩塊晶體,一個是玻璃、另一個是鎢酸鉛結晶。雖然兩種結晶看起來一模一樣,當你拿起來掂掂看時,卻能明顯感覺到兩者重量的差異。就算事前已經知道會有差別,實際感受起來還是有些不可思議。這種結晶還有個額外的特性是它對X射線的吸收率非常高:布里頓是我現在超環面儀器的同事,以前有一陣子在倫敦帝國學院的緊湊緲子線圈小組工作過,他跟我說過一件趣事:有一回布里頓把幾塊鎢酸鉛放在手提袋裡,要從歐洲核子研究組織帶到倫敦做測試。結果提袋在通過X光掃描機的時候,裡頭的鎢酸鉛看起來就和鉛塊一樣。檢查員確認行李的內容物時,發現原來袋子裡的透明結晶就是剛剛掃描器顯示的鉛塊,覺得非常難以置信。

但事實就是如此。鎢酸鉛擁有很高的密度,和許多適合做為量能器的材料一樣。強子、光子、電子──所有的粒子都會被它擋下。已知的兩種例外粒子分別是緲子和微中子:緲子能通過量能器、只會釋出一點能量;而微中子則是一點痕跡都不留。科學家可以晚一點追蹤緲子,對微中子卻完全沒轍,頂多只能透過動量不守恆的結果去推測說事件中有微中子生成。

(*編注:當初包立[Wolfgang Pauli)正是藉由觀察到β衰變事件中動量似乎不守恒,斷言有某種中性新粒子存在。微中子[neutrino]的名稱由費米[Enrico Fermi]提出。)

不過,雖然絕大部分的粒子都可以用量能器來測量能量,科學家手上的資訊還是不夠多。這時候就輪到偵測器內層的儀器上場了。這些設備能告訴我們粒子在誕生到撞上量能器的過程中,實際走過的精確路徑。
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