不變質量重建

大多數有趣的粒子從不抵達探測器。碰撞中產生的重粒子壽命短得近乎為零，在任何儀器能直接記錄到它之前，就衰變成更輕、更長壽的碎片。這就像一片雪花，落地的剎那便融化：你從未見到雪花，只見到水珠。不變質量重建，正是把這一過程倒著跑的技術——測量水珠，反推雪花。

這一方法依託於四動量守恆。探測器測出每個穩定衰變產物的能量和動量。把這些四動量加在一起，再用「質量平方等於總能量平方減去總動量平方」算出這個和的不變質量。因為不變質量守恆且與參考系無關，結果恰好就是那個已衰變母粒子的質量，哪怕母粒子早已不在。對一次事件這樣做得到一個數；對幾百萬次這樣做，母粒子便以一個高出平滑本底、立在它質量處的尖銳鼓包顯露自己。

新粒子正是這樣被發現，已知粒子正是這樣被測量。Z 玻色子、J/psi 和希格斯玻色子，全都是作為重建出的不變質量譜裡的峰而被找到的——希格斯著名地表現為光子對、以及四輕子組合的質量中約 125 GeV 處的一個鼓包。鼓包的寬度，甚至通過能量-時間不確定關係告訴你這粒子的壽命。誠實的告誡是：衰變到逃逸而探測不到的微中子，會讓重建不完整，迫使物理學家退而依賴橫向量。