侦探面对的难题：径迹相同，粒子不同
到现在为止，探测器的各个层次你已经熟悉了。内层的径迹探测器画出每个带电粒子弯曲的路径，从它在磁场里的弯曲度，你读出了它的动量和电荷的正负。量能器拦停了大多数粒子，并测出每一个倾倒出多少能量。这已经是很多信息了——可它留下了一道顽固的缺口。两个粒子可以带着相同的动量、留下相同的弯曲径迹、看起来几乎一模一样，却是截然不同的东西：一个是 π 介子，一个是 K 介子，一个是电子。判定哪个是哪个，正是[[particle-identification|粒子鉴别]]的活儿（常缩写为 PID），而它是侦探工作，不是一次单独的测量。
之所以需要侦探工作，是因为单凭动量永远无法给一个粒子定名。动量告诉你的，是质量乘以速度搅在一起的那个乘积——可两个动量相同的粒子，能以不同的方式去拆分这个乘积：一个又重又慢的，和一个又轻又快的，在磁谱仪上的读数可以完全一样。要打破这个僵局，你需要第二条独立的线索，它要么关于速度，要么关于质量。下面每一种鉴别方法，骨子里都是「偷看粒子速度」的一种不同办法。把速度和你已经有的动量结合起来，质量——从而身份——就掉出来了。
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
读取粒子速度的两条路：电离能量损失与飞行时间
第一条线索，就藏在你已经理解的径迹里。一个带电粒子犁过物质时，会从原子上剥下电子，而它每厘米电离得有多猛——记作 dE/dx，即每单位长度损失的能量——取决于它的速度，而不直接取决于它的质量。慢的粒子在每个原子旁逗留得久，撕下更多电子；快的粒子嗖地掠过，电离得更少。所以在给定动量下，较重（因而较慢）的粒子，电离得比较轻（较快）的粒子更密。测出一条径迹留下了多少电离，你就拿到了关于速度的一个读数。那些对同一条径迹多次取样的探测器——一台硅径迹探测器或一台气体室——把这件事变成一个可用的 PID 把手，对较慢的粒子尤其管用。
第二条线索更为直接：干脆让粒子赛跑。飞行时间测量的是一个粒子穿过两台快速探测器之间一段已知距离所花的时间。在动量相同时，较重的粒子运动得稍慢一点，于是到得稍晚一点。难点在于这个时间差有多小。在接近光速时，同动量的一个 K 介子和一个 π 介子，在两三米的距离上，到达时间可能只差十亿分之几秒，所以飞行时间在不太高的能量下表现极好，而随着粒子越来越快、速度全都挤向宇宙极限，它便渐渐力不从心。这是一件精密的工具，但有一道诚实的天花板。
以光为证：切伦科夫辐射与穿越辐射
有些粒子靠发光泄露自己的速度。当一个带电粒子穿过透明材料、走得比光在这同一种材料里行进得还快时，它会在身后留下一道光锥——这是音爆的光学孪生兄弟。这就是[[cherenkov-radiation|切伦科夫辐射]]，其间没有任何违规之处：速度上限是真空中的光，而水或玻璃中的光要慢上一截，所以一个快速粒子可以跑过这道「当地的光」，却从未触碰宇宙极限。光锥的张角恰好取决于粒子的速度，所以一台把光锥拍成一圈光环的环成像探测器，便能直接读出速度——在很宽的动量范围里区分 π 介子和 K 介子，效果绝佳。
它的近亲是[[transition-radiation|穿越辐射]]，但它利用的是另一种暗示。带电粒子不是在穿过介质时发光，而是每当它跨越两种电学性质不同的材料之间的边界时——比方说从一片塑料薄膜进入空气——就闪出微小的一下，因为它必须突然重新安排随身携带的电场。这一闪很微弱（大多是 X 射线），所以探测器把几百片薄箔层叠起来，让这些闪烁累加。关键在于，它的亮度随洛伦兹因子增大，而在给定动量下，这个因子对轻粒子极大、对重粒子很小。所以穿越辐射本质上是一台「电子识别器」：在高能量下，一个电子亮得耀眼，而同动量的一个 π 介子却依旧暗淡。
把这两者分清是值得的，因为它们很容易混淆。切伦科夫光是连续发出的，沿整条径迹，只要粒子超过介质中的光速就会发出——它用一个精确的角度回答「有多快？」。穿越辐射只在边界处发出，呈短促的闪光，并随洛伦兹因子增大——它通过点亮最快、最轻的粒子来回答「有多轻？」。两者都把速度变成光，却以不同的方式去倾听它；一台装备精良的探测器，可能带其中一种、另一种，或两者都不带，全看它最需要分辨的是什么。
最外的一层：逮住缪子
有一种粒子，探测器对它的鉴别，靠的不是某种巧妙的速度测量，而仅仅是它最终停在了哪里。从一场碰撞中涌出的几乎一切，都会在一两米之内被拦停——电子和光子止于电磁量能器，强子止于更厚的强子量能器。但[[muon|缪子]]——电子那位质量约为其两百倍的较重表亲——却笔直地犁过这一切，从另一头钻出来。于是实验在每一层吸收体之外，放上一层径迹室，即[[muon-detector|缪子系统]]，规则很简单：如果一条带电径迹能一路出到这里，挺过了它前面的一切，那它几乎肯定是缪子。凭位置定身份。
为什么唯独缪子能穿过去？两个原因，都来自你已经知道的东西。因为它重，穿过物质时几乎不辐射——这与又轻的电子不同，电子在量能器里很快就把能量散尽。又因为它是轻子，不感受强相互作用，所以它从不引发那种吸收强子的核簇射。缪子只是靠电离缓慢地流失能量，足以让它穿透数米厚的钢。缪子室本身是大面积的径迹探测器，常与被磁化的铁交错排布，好让缪子的路径在这里再次弯曲，从而在远离内层径迹探测器的地方，把它的动量再测量一遍。
你看不见的那个粒子：缺失横向能量
上述所有方法，鉴别粒子靠的都是粒子留下的某种东西。但粒子物理里最著名的越狱高手，却什么都不留下。[[neutrino|中微子]]的相互作用太微弱了，以至于它能径直飞出哪怕最大的探测器，不留径迹、不留簇射、不留闪光——彻头彻尾地隐形。你没法靠逮住一个中微子来鉴别它。于是物理学家改用另一种办法去抓它，就像你抓一个翻窗溜走的窃贼一样：靠留意少了什么。他们把这场碰撞的账目对一对平，再从那道缺口里推断出中微子。
这套记账用的是动量守恒，但加了一条小心的限制。两束束流沿同一根轴射入，所以碰撞之前，在垂直于那根轴的方向上——也就是横向平面里——基本没有动量。根据守恒，飞出来的一切的横向动量之和也必须为零。于是实验把它实际测到的每个粒子的横向动量加起来；如果它们没能相互抵消，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[[missing-transverse-energy|缺失横向能量]]（常称 MET），它指出逃逸的那份动量的方向，并给出其大小。
为什么只在横向平面？因为沿着束流，账目永远对不平：在一次质子碰撞里，总有未被测量的碎屑径直从束流管逃逸，把那个方向搅坏。但横穿束流方向，入射的粒子几乎什么都没带来，所以这个平衡是可信的。这个单一的想法，正是对撞机推断中微子的办法——也是搜寻新物理时最锋利的工具之一，因为许多被提出的粒子，包括暗物质的候选者，都会隐形地离开探测器，唯独以缺失能量泄露自己。但要诚实对待 MET 究竟是什么：它是一种推断，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，或探测器上一块失灵的区域，所以实验从不声称「看见了」那个隐形粒子——只声称探测到了它缺失的脚印，而且要在排除了那些平淡无奇的解释之后。
把它们合起来：一份证据的权衡
现在，你能像实验那样去读一整个事件了。拿一条已由磁谱仪测出动量的径迹来。它是不是很早就在电磁量能器里簇射、并点亮了穿越辐射层？那它是电子。它是不是更靠后才在强子量能器里簇射、带着相称的电离能量损失图样？那是强子——切伦科夫或飞行时间这时便可说出它是 π 介子、K 介子还是质子。它是不是穿过一切、在最外层的室里留下信号？那是缪子。而如果把一切可见之物加起来后，横向动量对不平呢？那就有一个中微子、或更古怪的东西，悄然飞走了。分层的通用探测器之所以这样建造，正是为了让这些互补的线索彼此对得上。
要牢牢记住贯穿这一切的那个诚实的告诫：鉴别是概率性的，从不确凿。没有任何单一线索能为粒子定名；每种方法都有它管用的范围，也有它失灵的范围，而一个快速的 K 介子和一个快速的 π 介子，无论你怎么眯着眼瞧，都可能几乎一模一样。所以实验不会说「这是一个 K 介子」——它们说的是「综合所有证据，这有如此这般的概率是一个 K 介子」，而且它们总会报出自己出错的频率：一个鉴别效率，和一个误判率。这份纪律——权衡线索、并把你的不确定性大声说出来——正是把一项真正的测量与一次猜测区分开来的东西，也是这整一阶梯一直在悄悄教给你的习惯。