不變質量

兩位以不同速度從某粒子旁飛馳而過的觀察者，會為它測得不同的能量和不同的動量——這些量並沒有唯一的「真值」。然而關於這個粒子，有一個數，無論觀察者跑得多快，算出來都恰好相同。那個數就是不變質量。它是相對論意義上的指紋：換參考系會把能量與動量攪來攪去，但它們的這一特定組合巋然不動。

做法是：取能量的平方，減去動量的平方（乘以 c 的平方），結果就等於質量的平方（乘以 c 的四次方）。對單個粒子來說，這個不變質量正是它熟悉的靜止質量——即它靜止時的能量。更深的威力體現在一群粒子上：你可以把若干粒子的四動量加起來，算出整團的不變質量。這個合成的不變質量，等於那個本可產生它們的單一對象的質量，哪怕這樣的對象早已不復存在。

這是對撞機物理中最重要的一項測量技術。當一個重粒子衰變時，它在任何探測器看到它之前就消失了，但它的衰變產物飛散開來並被測量。算出這些產物的不變質量，你就還原出母粒子的質量。把這個數對幾百萬次事件作圖，母粒子就會以一個尖銳的鼓包出現在它的質量處——希格斯玻色子正是這樣，於 2012 年作為光子對重建出的質量中一個約 125 GeV 處的峰顯露出來。