物理學家如何測量基本粒子的質量？

超長文預警
這是一個很好的問題，但是也很難回答。
測量粒子質量有兩種基本方法，第一種是用稱稱一下，這本質上是通過萬有引力的效應測量質量，得到的也叫作引力質量；另一種，在經典力學中，就是通過牛頓第二定律來測量：

給予粒子一個外力，粒子反應出一個加速度，那麼根據上面的式子就可以計算得到質量，這種是通過動力學原理測量質量，得到的是慣性質量。雖然等效原理認為這兩者是等價的，但是本文還是討論慣性質量，不考慮引力質量，下文中的質量都是指代慣性質量。
根據牛頓第二定律可以看到，所謂的質量，其實就是用於量化物質/粒子對外力的反應。在經典力學中，質量並不會隨著外力的變化而變化，是一個定值。
目前基本粒子種類有很多，主要包括六味夸克（u、d、c、s、t、b）、六味輕子（包括電子和中微子）、光子、膠子、W/Z玻色子以及Higgs玻色子（暫時還不確定是否為基本粒子）等，每一種基本粒子都有自己的特性，測量其質量的辦法也都各不相同。不同粒子的質量差別也非常大，光子的質量為零，電子質量只有0.5MeV(能量單位，後面會說到)，頂夸克質量則達到了173GeV，為目前已知最重的基本粒子，而中微子的質量到目前為止還不知道。

標準模型中的基本粒子
實際上，我們並不能直接測量粒子的質量，而是要在理論上把質量轉換成可以直接在實驗中測量的量，然後通過實驗數據反推粒子的質量。
說明：
電子伏特：
。
習慣上，為了方便計算與討論，我們會把光速設置為1，因此能量與質量的形式就一樣了。同樣習慣上，我們也會用能量的單位來表示質量。

1、電子

電子應該是最容易測量的基本粒子了，也是最早被測出來的粒子（吧？）
歷史上，電子的質量是由兩個實驗的結果結合而得到的^[1]：
第一個是亞瑟·舒斯特在1890年做的的"陰極射線偏轉"實驗，我們現在知道陰極射線就是電子流。根據一點簡單的高中知識就能知道，電子在磁場中會發生偏轉，所以通過實驗測量出偏轉的半徑、電子的速度以及外加磁場的強度，就很容易算出來電子的荷質比：

當然，這個實驗也只能算出來荷質比，要想進一步知道電子的質量，就需要知道電子的電荷的大小，而這一點是通過著名的密立根油滴實驗得到的^[2]：

密立根油滴實驗示意圖
給兩個極板加上電壓，建立起勻強電場。通過調節電廠大小，使得帶電的油滴懸浮在極板之間，此時油滴收到的重力和電場力平衡，由此可以得到油滴的電荷量。不斷重複這個實驗，密立根發現油滴的電荷量總是某個數的倍數，因此認為這個數就是電子的電荷數。
這是歷史上最開始的辦法，當然後來有了更多更精密的測量，但是原理上沒有本質的區別。目前實驗結果是：

或者用高能物理中常用的單位電子伏（MeV）(後面會一直採用此單位)

2、Higgs粒子，W/Z玻色子
但是這個質量是非相對論下的質量測量方法，而在考慮了相對論時，粒子的質量、動量與能量存在如下的關係：
（已經把光速設為1了）
（注意，此處的質量m叫做靜質量，對應的還有動質量，但是本文不考慮動質量）
但是有的粒子會衰變，存在時間極短，比如說在對撞機中產生，但是還沒有飛到探測器中就已經衰變了，這種情況該如何測量呢？更進一步，我們又是如何知道存在過一個這樣的中間粒子呢？
這就要提到不變質量譜了。用最簡單的二體衰變來說明：粒子1衰變成粒子2 和粒子3：

這個過程能量和動量都是守恆的：

而，因此有：

而這個關係是不依賴與參考系的，也就是說，在任何參考系下這個關係都是成立的。
但是在一次對撞實驗中，可能會產生大量的粒子2和粒子3，而且有各種各樣的產生方法，一般來說，只會有一部分的粒子2和粒子3是通過粒子1的衰變產生的，這樣的粒子2和粒子3就存在上面的關係；而對於其它的粒子2和粒子3，可以認為不存在任何關係，二者是獨立的。一次對撞實驗會產生大量的末態粒子，所以，把實驗中測得到粒子2和粒子3的能量動量做如上的計算，畫到一張圖上，圖的橫坐標為對撞能量（也叫質心能量、不變質量），縱坐標為對應過程的粒子數量，也可以認為是概率。此時就能看到在能量為附近存在一個峯，這個峯就說明存在一個粒子，而這個峯對應的值也就是這個粒子的質量。這樣的質量我們稱之為「極點質量」（pole mass）
比如說，著名的Higgs粒子（目前並不知道是否為基本粒子）就是通過Higgs衰變被發現的，如下圖所示

Higgs粒子數據
（來源^[3]）
圖中曲線是理論擬合，點為實驗結果。左圖為Higgs衰變到四個輕子的結果，右圖為Higgs衰變到兩個光子的結果。可以看到，這兩種衰變結果都在125GeV附近顯示出了一個峯，這就說明，存在一個質量大約為125GeV的粒子，進一步的研究表明，這個粒子就是理論上預言的Higgs粒子。

玻色子和玻色子（W玻色子有兩種，分別帶正電荷負電）的質量也是這樣測出來的。Z/W玻色子是用於傳遞弱相互作用的媒介粒子，是Yang-Mills理論預言的規範玻色子。但是，Yang-Mills理論要求規範玻色子的質量為零，然而實驗中卻發現W/Z的質量並不為零，W的質量大約為80GeV，Z的質量大約為91GeV。
通過正負電子對撞可以精確測量這一點。正負電子也都參與弱相互作用，可以發生如下兩種過程：
，

結果如下圖所示：

W/Z玻色子峯
圖中曲線是理論結果，彩色的點為實驗結果。可以很明顯地看到，在能量為90GeV附近有一個明顯的峯，這個就是Z玻色子；而在能量為160GeV附近，又出現了新的結構，這其實就對應著產生了兩個W玻色子，所以一個W玻色子的質量大約為80GeV。這樣的結果是因為Z玻色子為中性粒子，不帶電，可以只產生一個，但是W玻色子是帶電的，一次要產生出一對正負W玻色子才能滿足電荷守恆（因為是正負電子對撞，總電荷為零）。
除此之外，在圖的最左邊，也就是能量為零的地方也有一個峯，這個其實對應的是光子：

這也說明瞭光子的質量為零。
從這裡我們也可以看到，要想在實驗中儘可能多地產生某種特定粒子，就要把對撞能量設置為這個粒子的質量。

3、夸克

前面說的方法測到的是粒子的極點質量，一般也叫作物理質量，是實驗中能夠直接測量到的。但是，對夸克來說，極點質量的定義就很模糊了，這主要是因為夸克存在夸克禁閉現象，簡單地說，不存在自由的夸克，一般來說，夸克只能存在於強子中，主要包括由一個夸克和一個反夸克構成的介子，以及由三個（反）夸克構成的（反）重子。夸克禁閉是強相互作用的特點，描述強相互作用的理論叫做量子色動力學（QCD）。
當然，有的小朋友會說了，那我把一個強子打破或者掰開，不就能得到一個自由的夸克了嗎？想的是挺好，但是強相互作用的特點是夸克距離越近，相互作用越小，距離越遠，相互作用越大，當你把強子中的夸克往外來的過程中，需要的力也就越來越大，這個過程相當於輸入能量，等到夸克被拉出來，輸入的能量足夠從真空中再激發出一對新的夸克，分別與之前的夸克形成新的強子。你看，夸克還是被禁閉在強子中。

夸克禁閉示意圖
（來源^[4]）
既然不存在自由夸克，我們又該如何定義夸克的極點質量呢？或者說，定義夸克的極點質量有意義嗎？當然，除了極點質量，在QCD中（實際上任何的量子場論中都有，比如量子電動力學）存在一個描述夸克質量的參數，但是這個質量更像是一個理論上的「參數」，而不是一個實際的可觀測量。但是這個質量參數會影響一些實際可測的物理量，比如強子的質量與衰變常數，比如強子對撞截面等。根據可觀測物理量，再加上理論推導，間接地確定夸克的質量。
但理論研究表明，這個參數會隨著能量的變化而跑動，也就是說，考慮不同能量下的物理現象，對應的夸克質量是不一樣的，這個質量就做「跑動質量」（running mass）（注意此處不要把跑動質量和動質量弄混）。跑動質量和極點質量可以通過理論結合起來，通過實驗確定極點質量，然後反推跑動質量在某個能量下的值。可以說，對於自由粒子，極點質量是跑動質量在某一個特定能量下的值。

LHC的CMS實驗探測到頂夸克質量隨著能量變化而跑動現象
LHC首次觀測到頂夸克質量隨著能量跑動的現象^[5]，其中紅線是理論預測，黑點是實驗測量結果。
因此，既然沒有自由夸克，我們就可以定義夸克的跑動質量，但是跑動質量依賴於能量，因此，當定義夸克的質量時，是需要說明對應的能量的。那麼事情就完美解決了嗎？並沒有！上面也說了，強相互作用近距離是弱，遠距離時強，換句話說就是，在能量低時強，在能量高時弱，這個可以用一個參數來表示，越大，相互作用越強，反之則越小：

夸克相互作用強度（縱坐標）隨著能量（橫坐標）的增加而降低
其實這也是一個「跑動」，被稱為「跑動耦合常數」（running coupling constant）。但是，很遺憾的是，目前我們只能計算耦合常數比較小時的情況，也就是能量較高時的情況，而對於低能下的物理現象，目前還無法做到通過QCD直接計算出來。
所以標準模型中的夸克質量都是跑動質量：

一般來說，能量小於1GeV，我們就沒辦法直接做QCD的計算了，而質量小於這個能量的夸克叫做輕味夸克，包括 u、d、s，剩下的三種c、t、b稱為重味夸克。輕味夸克和重味夸克的性質有很大不同，測量方法也不一樣。上圖中的 u、d、s的質量是在能量為2GeV時候定義的，而重味夸克的質量比較不一樣，鑒於本人不瞭解，就不做細緻討論了。

需要說明的是，上面的夸克質量都是根據實驗數據「算出來的」，因此，其結果依賴於計算的方法！換句話說，計算方法不一樣，得到的夸克質量也不一樣。（一般重整化方案採用最小減除法）專業的內容可以參考PDG的文檔：
https://pdg.lbl.gov/2017/reviews/rpp2017-rev-quark-masses.pdf?
pdg.lbl.gov
4、中微子
中微子的質量非常小，測量其質量是一件非常困難的事情，到目前為止，還無法確定三種中微子質量到底是多少。不僅如此，在標準模型中，理論要求中微子是無質量的粒子，但是實驗已經觀測到了中微子存在質量。說到這，有的小朋友可能有點迷惑：既然到目前為止還沒測出來中微子的質量是多少，怎麼知道它有質量呢？
中微子有三種，分別是電中微子、中微子以及中微子，這三種中微子之間可以發生轉變，前提是中微子都有質量，不僅如此，還要求三種中微子的質量都不相等。日本東京大學的梶田隆章（T. Kajita）教授與加拿大女王大學的麥克唐納（A. McDonald）教授分享了 2015 年的諾貝爾物理學獎，因為他們分別領導超級神岡實驗和薩德伯裏中微子觀測站實驗並發現了大氣和太陽中微子振蕩現象，該現象證明中微子具有靜止質量^[6]。中微子的質量非常小，非常非常小，一個電子的質量大約是0.511MeV，而三種中微子質量加起來也不到1eV^[7]，而目前的實驗技術無法探測到如此小的質量。

需要說明的是，這三種中微子並不是「質量本徵態」，換句話說，質量本徵態是三種中微子的混合態。中微子質量本徵態也存在三種，其質量分別標記為，中微子振蕩實驗已經非常精確地測量了兩個獨立的中微子質量平方差的值和。
中微子振蕩實驗不能提供關於中微子絕對質量大小的任何信息。然而，除了中微子振蕩實驗，我們還沒有在其他實驗中探測到中微子質量導致的可觀測效應。目前，最有可能確定或限制中微子的絕對質量的方法有兩種。

精確測量氚的貝塔衰變能譜，因為氚的貝塔衰變過程中末態電子獲得的最大動能受中微子絕對質量的影響。通過精確測量電子的能譜，我們可以觀測中微子質量帶來的運動學效應。當前實驗給出的中微子絕對質量上限為 1.1 eV（90% 置信度），即將取數的 KATRIN 實驗的精度可達到 0.2 eV。

宇宙微波背景輻射和大尺度結構的觀測，因為有質量的中微子會影響宇宙的演化。PLANCK 實驗組的最新觀測結果顯示三個中微子質量之和的上限為 0.12 eV （95% 置信度），由此可以看出中微子的絕對質量不超過 0.1 eV。

無中微子雙貝塔衰變（略）。

然而，現在的實驗數據仍不能排除最輕的中微子質量為零。如果最輕的中微子質量嚴格或近似為零，那麼一定存在某種對稱性或動力學機制來禁戒或壓低相應的中微子質量項^[6]。
中微子存在質量是超出標準模型的現象，對這一現象的理論解釋也有很多，比如蹺蹺板機制，我們實驗上只觀測到了左手中微子，蹺蹺板機制認為在宇宙的演化過程中存在某種對稱性破缺，使得右手中微子變得非常重，很難被觀測到，因此我們只觀測到了左手中微子。

（來源^[8]）
中微子的質量還關係到宇宙的演化以及正反物質不對稱的現象，但是目前各種理論都還沒有得到有效的實驗驗證。正在我國廣東省江門市建造的 JUNO 實驗將利用兩萬噸的液閃探測器在距核反應堆 53 千米處精確測量反應堆中微子的能譜，從而推斷出中微子的質量順序。
5、其它粒子
上面提到了電子、夸克、W/Z玻色子、Higgs玻色子、光子以及中微子，還有幾個其它類型的基本粒子沒有提到，此處就簡單地說一下：

膠子：傳遞強相互作用的媒介粒子，更光子類似，其質量為零。但是與光子不同的是，膠子與膠子之間存在直接的相互作用，這使得膠子會成團，構成所謂的「膠球」，理論計算髮現膠球的質量會大於1GeV，但是到目前為止還沒有確切的證據表明發現了膠球；

子和子：可以認為是大號的電子，性質與電子類似，都帶一個負電，但是質量比電子大得多，分別為106MeV、1.78GeV。這兩個粒子很容易發生衰變，變成電子和中微子。

除了基本粒子，還有大量的複合粒子，比如上面提到過的重子，這也是宇宙中可見質量的主要來源。通過正負電子對撞機、質子質子對撞等，可以生成大量的新粒子，這些粒子往往是不穩定的，很快就會發生衰變，最終進入到探測器的都是一些不能在衰變的基本粒子，比如電子、光子等。通過對巨量末態粒子的分析，逐步地重建對撞過程，然後找到中間存在的過的粒子，並確定中間粒子的質量以及其它性質等。
6、實驗
其實上面說的主要是理論相關的部分，那麼此處再簡單地介紹一下，實驗中具體是怎麼測量一個粒子的能量和動量的。根據粒子性質的不同，測量方法也不一樣。一般粒子對撞機外面都會包圍著探測器，對於帶電粒子有比較好的探測能力。一般探測器都是有多個功能不同的部分構成的，下面簡單介紹兩個：

量能器：用於測量粒子的能量。在粒子對撞結束後，大多數粒子最終進入量能器，粒子在量能器中與量能器相互作用，起能量在量能器中釋放、被收集然後被測量。量能器分為電磁量能器（Electromagnetic Calorimeter）和強子量能器（HadronCalorimeter）兩類。

漂移室——主要部件是兩個陰極平面和一個陽極絲平面﹐內充合適的氣體。預先測定電子在氣體中漂移速度，通過測量從粒子通過瞬間產生原始電離到電離電子漂移到陽極絲產生電信號之間的時間間隔，由此可以確定原始電離距離陽極絲的位置。這樣就可以大大提高測量徑跡位置的空間解析度，達到小於0.1毫米，同時又保持了多絲正比室的優點。漂移室的定位精度高(100μm或更好)﹐時間分辨好(可達 5ns)﹐直流高壓下自觸發﹐連續靈敏﹐能同時計數和定位^[9]﹐

LHC上的CMS實驗探測器
上圖是LHC中CMS實驗的探測器示意圖^[10]，能夠看到有電磁量能器和強子量能器。實際上，一個實際的探測器是各種探測裝置的結合。

CMS探測器實拍圖
（來源^[11]）
對於中微子的測量又不一樣，中微子質量極小，而且不參與電磁相互作用與強相互作用，只參與弱相互作用，因此中微子與普通物質的相互作用是非常微弱的，探測極難。
中微子可以和水中的中子反應產生子，
。
反應產生的子是帶負電，如果其運動速度大於介質中的光速，則會產生切倫科夫輻射，再用光電倍增管檢測這部分光，就能反推出對應中微子的能量動量等參數。日本的超級神岡實驗就是採用了這樣的原理，用了5萬噸超純水和11200個光電倍增管：

圖中密密麻麻的金色球就是光電倍增管。
7、其它
在標準模型的基本粒子中，除了質量為零的規範玻色子外，對於費米子，質量最小的中微子不到1eV，最輕的夸克大約為2MeV，而質量最大的夸克則達到了173GeV，是一個質子（由兩個u夸克和一個d夸克構成）質量的100倍還多。不同粒子的差別非常大，但是到目前為止還沒有理論能解釋為什麼這些基本粒子的質量是這樣，以及，賦予它們質量的Higgs玻色子是否是基本粒子。對於基本粒子的理解，我們還在路上。
革命尚未成功，同志仍需努力!

我的上一個回答 (*^▽^*) 我的下一個回答

參考

^https://en.wikipedia.org/wiki/Electron_rest_mass

^https://en.wikipedia.org/wiki/Oil_drop_experiment

^https://atlas.cern/updates/physics-briefing/new-atlas-measurement-higgs-boson-mass

^https://webific.ific.uv.es/web/en/content/lattice-qcd-numerical-approach-strong-force

^https://cms.cern/news/watching-top-quark-mass-run

^^a^bhttp://www.ihep.cas.cn/dkxzz/juno/kpyd/201809/P020180910328948180650.pdf

^https://neutrinos.fnal.gov/mysteries/mass/

^https://neutrinos.fnal.gov/mysteries/mass/#moreinfo

^http://www.ihep.cas.cn/kxcb/kpcg/lztcq/201004/t20100414_2820728.html

^https://www.mpoweruk.com/CMS-Detector.htm

^https://www.flickr.com/photos/arselectronica/5980280567

以Z粒子（Z玻色子）的質量測定為例做一個簡單的介紹吧。
使用的實驗儀器自然是位於瑞士日內瓦近郊的大型強子對撞器（Large Hadron Collider，LHC），其原理在文末處會有一些說明。這裡先梳理一下Z粒子質量測定的思路。
如下圖所示，要測定Z粒子的話首先要必須合成Z粒子，方法就是讓兩個質子進行對撞。當然，質子對撞的結果會有很多很多可能性，而Z粒子的衰變產生的可能是輕子對或夸克對（衰變分歧比：Br(Z→ )~3%），因此後續還需要進行區分與判斷。但在那之前，更重要的是Z粒子的壽命非常非常短，僅為10的負25次方秒，這意味著我們根本不可能在碰撞瞬間實際觀察到Z粒子，就更別說將其捕捉了。
因此科學家採用的方法是觀測和測量碰撞後瞬間出現的Z粒子在衰變後產生的μ子。然後通過μ子的狀態來重建碰撞的過程然後反推出Z粒子的質量。

獲取Z粒子質量信息的思路
為便於基礎不夠的朋友理解，這裡簡單介紹一下基本粒子的標準模型。基本粒子被分為如下17種（不考慮反粒子、超對稱、引力子），構成物質的粒子被稱為「費米子」，傳播力的則是「玻色子」。本文說明的Z玻色子是一種與若相互作用力相關的粒子，其衰變是會產生一種叫μ子的正反輕子對。

基本粒子標準模型
而所有的粒子都有反粒子。反粒子的質量與其他性質與粒子完全相同，但是電荷是相反的。

粒子與反粒子
比如光子在物質中的原子核的電場中就能變換為電子與反電子（正電子）。其逆過程也同樣可以發生：正反電子湮滅生成光子。

由光子生成正反電子
好了，回到正題。那麼質子和質子碰撞是怎麼產生Z粒子的呢。
首先我們要知道，每個質子都是三個夸克（兩個上夸克一個下夸克）介由膠子經強相互作用粘在一起的。但是夸克是個很特殊的東西，雖然質子是由3個夸克組成，但這3個夸克之間被認為還存在著一種「虛膠子」的鏈接。這種虛膠子又會在夸克-反夸克對和膠子狀態間不斷互相轉換。這種由虛膠子轉換而來的夸克被稱為海夸克（sea quark），而直接構成質子的夸克被稱為價夸克（valence quark）。質子在加速器中碰撞時，除了價夸克，膠子和海夸克也會參與反應。如下所示，Z粒子的生成就是有海夸克參與的。

Z粒子的生成與衰變
不僅如此，夸克還有個特殊的性質就是「夸克禁閉」，是指夸克無法單獨存在。這是由於強子中的夸克間具有如下強大的勢能，如果要強行將夸克分開，需要的能量已經足以從真空中重新製造出q-qbar對。因此對撞時由於夸克、反夸克和膠子都不能自由飛出，將演化為噴射狀的粒子團（jet）噴注而出。

夸克間的勢能

夸克噴注示意圖
關於夸克無法單獨存在的知識還可以參考以下的回答，十分有趣。
夸克能單獨存在嗎？?
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這意味著實際碰撞時會有包括強子在內的各種各樣的東西與μ子混雜在一起，很容易搞混，且強子本身也會衰變為μ子。要把它們一個一個分離開來是一項很巨大的工程。希望大家認識到下面的步驟看起來很短，但是在數據的處理和重建上是要花費很大功夫的。

Z→μ＋μ-過程（左）與強子衰變（右）時生成的μ子
下面進入主題。
在對撞實驗開始前，需要進行理論假設：要想求得Z粒子的質量需要知道檢測出μ粒子的什麼性質？不過這涉及到很深的數學與物理知識了，這裡無法過多展開，就僅把重要的計算過程羅列出來。
這裡運用到的知識是二體衰變粒子的不變質量。

衰變後，生成的粒子在相對論速度運動下質量不守恆，即

而能量及動量則守恆 ? 即四維動量守恆（四維動量簡單的理解就是三維動量p =（px，py，pz）加相對論能量E）

四維動量的內積是洛倫茲變換的不變數

在粒子的靜止繫有

使用洛倫茲不變，則

由二體衰變前後的能量、動量守恆有

而Z→ 的情況下，與相比，非常的小。所以可以有以下的近似

好了，到這裡我們可以看出在Z→的衰變過程中，只要能夠測定出 子的動量，我們就能求得Z粒子的質量。
而篇的時候已經提到，我們要做的就是實際進行對撞實驗，然後通過末態粒子重新構建碰撞事件。下圖就是利用μ子的信息重建Z→事件，從而得出了Z粒子的質量（約91GeV）。

Z→μ＋μ-的事件重建
事實上，希格斯玻色子也是用同樣的原理髮現的。下圖是希格斯粒子生成與衰變的示意圖。希格斯粒子是通過衰變產生的一對光子，即h→γγ事件來構建出質量的。

希格斯波色子的生成與衰變示意圖
下圖就是ATLAS構建出的數據，最終求得希格斯粒子的質量約為126GeV。

h→ γγ的事件重建
恩格勒和希格斯也因希格斯粒子的理論預言獲得了2013年的諾貝爾物理學獎。

弗朗索瓦·恩格勒（左）與彼得·希格斯（右）

最後稍微說下對撞機的原理吧。其實更細節的內容可以參考下面這個回答，這裡只說一下對粒子的軌跡捕捉和動量測定的原理。
大型強子對撞機（LHC）的目的和原理是什麼？?
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加速器位於瑞士日內瓦近郊的歐洲核子研究組織（CERN），總長27km。LHC裏共有四個大型探測器。其中超環面儀器（ATLAS）與緊湊渺子線圈（CMS）是通用型的粒子探測器，兩者均在2012年偵測出了希格斯玻色子。

實驗時，5個加速環依次將質子束加速到7TeV（兆兆電子伏特）的超高能量進行對撞。

The LHC injection complex
以下是粒子檢測用到了重要技術與設備：
塑料閃爍體（Plastic scintillator）:伴隨帶電粒子的通過放出微弱的光
光電倍增管（photomultiplier tube）：將微弱的光轉換成電信號。與閃爍體組合捕捉帶電粒子。
硅微條感測器（silicon micro-strip sensor）：用在帶電粒子通過的位置每間隔數十微米就嵌有的電極進行測定。
絲室（wire chamber）：帶電粒子通過時，室內充滿的氣體發生電離，將信號留在絲上。

粒子檢測所用到的技術
絲室的具體原理如下：
當帶電粒子通過封入Ar氣的圓筒時，通道內的Ar分子就會被離子化。這時電子將被吸引到絲上，而離子則移動至側面。顯然這樣就會產生電流，因此通過觀察電流計就能判斷有粒子通過（其實檢測放射線的蓋革計數器的原理也一樣）。

絲室的原理
重點來了，那粒子移動軌跡和動量到底是怎麼測定的呢。
如下圖所示，我們將剛才說到的氣室全部鋪滿。於是，只要把檢測到電流的氣室連接起來，就可以重建粒子的軌跡了。
而如果再加上一個磁場的話，我們就能測定軌跡的曲率半徑，通過曲率半徑就可以求得粒子的動量了。

當然，說起來是簡單，但實際要精密測出動量是建立在各種粒子探測器的組合、還要逐個分析加速器反應中產生的粒子種類等眾多繁雜論證的基礎上的。下圖就是LHC中的四大探測器之一的ATLAS（超環面儀器實驗）。這是一個總重量7000噸的探測器。

ATLAS探測器
還有就是根據粒子的種類不同，與探測器內物質反應的過程也不一樣。特別是粒子停止時所到達的深度是一個注目點。

以上就是基本粒子之一的Z粒子的質量測量的方法。正是這樣費力費時費錢的工作逐漸將我們對宇宙的理解拼湊完整的。

簡單的說在探測器中根據粒子的偏轉曲線測定能量和動量，然後根據在殼關係可以確定質量。

中子碰撞，迴旋加速器

我用我發現的個人觀點看問題。一對統一存在的用稱和用尺思路空間時間原理，就是一對空間核心正中球面生命方向時間統一系統原理，都是一對1米和1秒的正中水質密度立方體原理。1千米立方體*1千毫米立方體=正中1米立方體。（1000毫米*0.001毫米=1千的1千分之一毫米立方體）自然生命方向時間統一系統的生命空間時間之路原理模型。

把很多粒子裝一起，稱完總重除以數量

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