探测器与仪器

缺失横向能量(missing transverse energy)

/ MET = em-ee-tee, or 'met' /

假设你称一只封好的弹珠盒,打开它,再称你看得见的弹珠,发现有一部分重量对不上账。你会断定,一定有一颗看不见的弹珠逃走了,你甚至能推断出它有多重。粒子物理学家玩的正是同样的记账游戏,去捕捉探测器无法直接看见的粒子。通过清点一场碰撞里出来了什么、并留意账面上缺了什么,他们推断出隐形粒子的存在,首当其冲的就是中微子。

这套记账用的是动量守恒,但加了一个巧妙的转折。在一次正面碰撞中,两束束流沿同一根轴行进,而物理学家关注的是垂直于那根轴的平面里的动量——横向平面。碰撞之前,总的横向动量基本为零,因为束流在侧向上没有动量。根据守恒,所产生的一切的横向动量之和也必须为零。于是实验把它实际探测到的所有粒子的横向动量加起来;如果它们不相互抵消,剩下的那份不平衡,就一定是被某个看不见的东西带走了。那份不平衡就是缺失横向能量:它指出逃过探测的那份动量的方向,并给出其大小。(这个技巧之所以被限制在横向平面,是因为也有粒子未经测量就顺着束流管消失了,破坏了沿束流轴方向的平衡。)

缺失横向能量是在对撞机上推断中微子的标准办法,也是搜寻新物理时最有力的把手之一:许多被提出的粒子,包括暗物质的候选者,都会隐形地离开探测器,唯一泄露它们的就是可见动量里的不平衡。这里关键的诚实在于:缺失能量是一种推断,而非一次目击。一份很大的不平衡也可能来自一个被测错的喷注或仪器的故障,所以实验对它格外谨慎,从不声称「看见了」那个隐形粒子——只声称探测到了它缺失的脚印。

当一个W玻色子衰变成一个电子和一个中微子时,探测器记录下电子,却记录不到中微子。中微子只以缺失横向能量的形式现身——一份指向电子相反方向的不平衡,其大小恰好与中微子必定带走的动量相符。

凡是对不上账的,必定是悄然逃逸了。

缺失能量是推断出来的,而非看见的:它被限制在横向平面(也有粒子顺着束流逃逸),且可能被测量误差伪装出来,所以它本身从不构成某个粒子存在的证据。

又称
METmissing energy缺失能量丟失橫動量