偵探面對的難題：徑跡相同，粒子不同
到現在為止，探測器的各個層次你已經熟悉了。內層的徑跡探測器畫出每個帶電粒子彎曲的路徑，從它在磁場裡的彎曲度，你讀出了它的動量和電荷的正負。量能器攔停了大多數粒子，並測出每一個傾倒出多少能量。這已經是很多資訊了——可它留下了一道頑固的缺口。兩個粒子可以帶著相同的動量、留下相同的彎曲徑跡、看起來幾乎一模一樣，卻是截然不同的東西：一個是 π 介子，一個是 K 介子，一個是電子。判定哪個是哪個，正是[[particle-identification|粒子鑑別]]的活兒（常縮寫為 PID），而它是偵探工作，不是一次單獨的測量。
之所以需要偵探工作，是因為單憑動量永遠無法給一個粒子定名。動量告訴你的，是質量乘以速度攪在一起的那個乘積——可兩個動量相同的粒子，能以不同的方式去拆分這個乘積：一個又重又慢的，和一個又輕又快的，在磁譜儀上的讀數可以完全一樣。要打破這個僵局，你需要第二條獨立的線索，它要麼關於速度，要麼關於質量。下面每一種鑑別方法，骨子裡都是「偷看粒子速度」的一種不同辦法。把速度和你已經有的動量結合起來，質量——從而身份——就掉出來了。
E^2 = (pc)^2 + (mc^2)^2 same p, different m -> same track, different particle p = gamma * m * v momentum fixes m*v together; you need v (or m) separately
讀取粒子速度的兩條路：電離能量損失與飛行時間
第一條線索，就藏在你已經理解的徑跡裡。一個帶電粒子犁過物質時，會從原子上剝下電子，而它每厘米電離得有多猛——記作 dE/dx，即每單位長度損失的能量——取決於它的速度，而不直接取決於它的質量。慢的粒子在每個原子旁逗留得久，撕下更多電子；快的粒子嗖地掠過，電離得更少。所以在給定動量下，較重（因而較慢）的粒子，電離得比較輕（較快）的粒子更密。測出一條徑跡留下了多少電離，你就拿到了關於速度的一個讀數。那些對同一條徑跡多次取樣的探測器——一台矽徑跡探測器或一台氣體室——把這件事變成一個可用的 PID 把手，對較慢的粒子尤其管用。
第二條線索更為直接：乾脆讓粒子賽跑。飛行時間測量的是一個粒子穿過兩台快速探測器之間一段已知距離所花的時間。在動量相同時，較重的粒子運動得稍慢一點，於是到得稍晚一點。難點在於這個時間差有多小。在接近光速時，同動量的一個 K 介子和一個 π 介子，在兩三米的距離上，到達時間可能只差十億分之幾秒，所以飛行時間在不太高的能量下表現極好，而隨著粒子越來越快、速度全都擠向宇宙極限，它便漸漸力不從心。這是一件精密的工具，但有一道誠實的天花板。
以光為證：切倫科夫輻射與穿越輻射
有些粒子靠發光洩露自己的速度。當一個帶電粒子穿過透明材料、走得比光在這同一種材料裡行進得還快時，它會在身後留下一道光錐——這是音爆的光學孿生兄弟。這就是[[cherenkov-radiation|切倫科夫輻射]]，其間沒有任何違規之處：速度上限是真空中的光，而水或玻璃中的光要慢上一截，所以一個快速粒子可以跑過這道「當地的光」，卻從未觸碰宇宙極限。光錐的張角恰好取決於粒子的速度，所以一台把光錐拍成一圈光環的環成像探測器，便能直接讀出速度——在很寬的動量範圍裡區分 π 介子和 K 介子，效果絕佳。
它的近親是[[transition-radiation|穿越輻射]]，但它利用的是另一種暗示。帶電粒子不是在穿過介質時發光，而是每當它跨越兩種電學性質不同的材料之間的邊界時——比方說從一片塑膠薄膜進入空氣——就閃出微小的一下，因為它必須突然重新安排隨身攜帶的電場。這一閃很微弱（大多是 X 射線），所以探測器把幾百片薄箔層疊起來，讓這些閃爍累加。關鍵在於，它的亮度隨勞侖茲因子增大，而在給定動量下，這個因子對輕粒子極大、對重粒子很小。所以穿越輻射本質上是一台「電子識別器」：在高能量下，一個電子亮得耀眼，而同動量的一個 π 介子卻依舊暗淡。
把這兩者分清是值得的，因為它們很容易混淆。切倫科夫光是連續發出的，沿整條徑跡，只要粒子超過介質中的光速就會發出——它用一個精確的角度回答「有多快？」。穿越輻射只在邊界處發出，呈短促的閃光，並隨勞侖茲因子增大——它通過點亮最快、最輕的粒子來回答「有多輕？」。兩者都把速度變成光，卻以不同的方式去傾聽它；一台裝備精良的探測器，可能帶其中一種、另一種，或兩者都不帶，全看它最需要分辨的是什麼。
最外的一層：逮住緲子
有一種粒子，探測器對它的鑑別，靠的不是某種巧妙的速度測量，而僅僅是它最終停在了哪裡。從一場碰撞中湧出的幾乎一切，都會在一兩米之內被攔停——電子和光子止於電磁量能器，強子止於更厚的強子量能器。但[[muon|緲子]]——電子那位質量約為其兩百倍的較重表親——卻筆直地犁過這一切，從另一頭鑽出來。於是實驗在每一層吸收體之外，放上一層徑跡室，即[[muon-detector|緲子系統]]，規則很簡單：如果一條帶電徑跡能一路出到這裡，挺過了它前面的一切，那它幾乎肯定是緲子。憑位置定身份。
為什麼唯獨緲子能穿過去？兩個原因，都來自你已經知道的東西。因為它重，穿過物質時幾乎不輻射——這與又輕的電子不同，電子在量能器裡很快就把能量散盡。又因為它是輕子，不感受強交互作用，所以它從不引發那種吸收強子的核簇射。緲子只是靠電離緩慢地流失能量，足以讓它穿透數米厚的鋼。緲子室本身是大面積的徑跡探測器，常與被磁化的鐵交錯排布，好讓緲子的路徑在這裡再次彎曲，從而在遠離內層徑跡探測器的地方，把它的動量再測量一遍。
你看不見的那個粒子：缺失橫向能量
上述所有方法，鑑別粒子靠的都是粒子留下的某種東西。但粒子物理裡最著名的越獄高手，卻什麼都不留下。[[neutrino|微中子]]的交互作用太微弱了，以至於它能徑直飛出哪怕最大的探測器，不留徑跡、不留簇射、不留閃光——徹頭徹尾地隱形。你沒法靠逮住一個微中子來鑑別它。於是物理學家改用另一種辦法去抓它，就像你抓一個翻窗溜走的竊賊一樣：靠留意少了什麼。他們把這場碰撞的帳目對一對平，再從那道缺口裡推斷出中微子。
這套記帳用的是動量守恆，但加了一條小心的限制。兩束束流沿同一根軸射入，所以碰撞之前，在垂直於那根軸的方向上——也就是橫向平面裡——基本沒有動量。根據守恆，飛出來的一切的橫向動量之和也必須為零。於是實驗把它實際測到的每個粒子的橫向動量加起來；如果它們沒能相互抵消，剩下的那份不平衡，就一定是被某個看不見的東西帶走了。那份不平衡，就是[[missing-transverse-energy|缺失橫向能量]]（常稱 MET），它指出逃逸的那份動量的方向，並給出其大小。
為什麼只在橫向平面？因為沿著束流，帳目永遠對不平：在一次質子碰撞裡，總有未被測量的碎屑徑直從束流管逃逸，把那個方向攪壞。但橫穿束流方向，入射的粒子幾乎什麼都沒帶來，所以這個平衡是可信的。這個單一的想法，正是對撞機推斷微中子的辦法——也是搜尋新物理時最鋒利的工具之一，因為許多被提出的粒子，包括暗物質的候選者，都會隱形地離開探測器，唯獨以缺失能量洩露自己。但要誠實對待 MET 究竟是什麼：它是一種推斷，而非一次目擊。一份很大的不平衡，也可能來自一個被測錯的噴注，或探測器上一塊失靈的區域，所以實驗從不聲稱「看見了」那個隱形粒子——只聲稱探測到了它缺失的腳印，而且要在排除了那些平淡無奇的解釋之後。
把它們合起來：一份證據的權衡
現在，你能像實驗那樣去讀一整個事件了。拿一條已由磁譜儀測出動量的徑跡來。它是不是很早就在電磁量能器裡簇射、並點亮了穿越輻射層？那它是電子。它是不是更靠後才在強子量能器裡簇射、帶著相稱的電離能量損失圖樣？那是強子——切倫科夫或飛行時間這時便可說出它是 π 介子、K 介子還是質子。它是不是穿過一切、在最外層的室裡留下訊號？那是緲子。而如果把一切可見之物加起來後，橫向動量對不平呢？那就有一個微中子、或更古怪的東西，悄然飛走了。分層的通用探測器之所以這樣建造，正是為了讓這些互補的線索彼此對得上。
要牢牢記住貫穿這一切的那個誠實的告誡：鑑別是機率性的，從不確鑿。沒有任何單一線索能為粒子定名；每種方法都有它管用的範圍，也有它失靈的範圍，而一個快速的 K 介子和一個快速的 π 介子，無論你怎麼眯著眼瞧，都可能幾乎一模一樣。所以實驗不會說「這是一個 K 介子」——它們說的是「綜合所有證據，這有如此這般的機率是一個 K 介子」，而且它們總會報出自己出錯的頻率：一個鑑別效率，和一個誤判率。這份紀律——權衡線索、並把你的不確定性大聲說出來——正是把一項真正的測量與一次猜測區分開來的東西，也是這整一階梯一直在悄悄教給你的習慣。