不变质量重建

大多数有趣的粒子从不抵达探测器。碰撞中产生的重粒子寿命短得近乎为零，在任何仪器能直接记录到它之前，就衰变成更轻、更长寿的碎片。这就像一片雪花，落地的刹那便融化：你从未见到雪花，只见到水珠。不变质量重建，正是把这一过程倒着跑的技术——测量水珠，反推雪花。

这一方法依托于四动量守恒。探测器测出每个稳定衰变产物的能量和动量。把这些四动量加在一起，再用「质量平方等于总能量平方减去总动量平方」算出这个和的不变质量。因为不变质量守恒且与参考系无关，结果恰好就是那个已衰变母粒子的质量，哪怕母粒子早已不在。对一次事件这样做得到一个数；对几百万次这样做，母粒子便以一个高出平滑本底、立在它质量处的尖锐鼓包显露自己。

新粒子正是这样被发现，已知粒子正是这样被测量。Z 玻色子、J/psi 和希格斯玻色子，全都是作为重建出的不变质量谱里的峰而被找到的——希格斯著名地表现为光子对、以及四轻子组合的质量中约 125 GeV 处的一个鼓包。鼓包的宽度，甚至通过能量-时间不确定关系告诉你这粒子的寿命。诚实的告诫是：衰变到逃逸而探测不到的中微子，会让重建不完整，迫使物理学家退而依赖横向量。