觸發與事件選擇
假設有一股照片的「消防水龍」以你絕無可能存下的速率從你身邊噴過——每秒數百萬張——而你只被允許留下區區幾百張。你會需要一條當機立斷的規則,在電光石火間決定:「這張留下,那張扔掉。」觸發器對粒子探測器而言,正是這樣一條規則。碰撞發生得太快、太頻繁,根本無法全部記錄,所以觸發器是一套自動系統,即時判定哪些稀有碰撞值得保存,並讓絕大多數碰撞永遠地溜走。
在LHC,束團每秒交叉約四千萬次,而大多數交叉只產生平庸、早已為人熟知的物理。把一切都記下來是不可能的——地球上沒有足夠的儲存和頻寬。於是觸發器分階段工作。一個快速的、基於硬體的第一級(一級觸發器)在微秒之內做出粗略判斷,依據某種有趣事物的簡單跡象——比如一個高能電子,或者大量丟失的能量——把速率從每秒四千萬壓到十萬。隨後,一個較慢的、基於軟體的高級觸發器進行更完整的重建,把它進一步削減到每秒幾百或幾千個事件,再寫入磁碟。
觸發器是任何實驗中最舉足輕重卻最不為人稱道的部分之一,因為被觸發器扔掉的碰撞就此一去不返——任何後續分析都永遠無法找回它。這使得觸發器設計成為一樁高風險的遠見之舉:你必須預先決定要保留哪些特徵,這意味著你只能輕易發現你想到要去找的東西。一個微妙的危險是觸發偏倚:選擇事件這一舉動本身就會扭曲你的樣本,因此任何測量都必須小心地核算、或扣除掉觸發器到底放行了什麼、又壓制了什麼。
為了搜尋衰變成兩個光子的希格斯玻色子,實驗會運行一個雙光子觸發:只有當事件中含有兩團高能的、類光子的能量簇時才保留。每秒四千萬次交叉中,也許只有寥寥數次通過——而那幾次才是真正被拿去分析的。
觸發器每秒留下寥寥幾個有趣事件,其餘的則永遠丟棄。
凡是觸發器丟棄的都無法找回,因此一項實驗實際上只能發現它選擇記錄下來的那些特徵。藏在被丟棄的99.999%裡的意外,根本就永遠見不到。