从性质到数字
在本阶段，你已经认识了粒子以及它们携带的标签——电荷、自旋、质量——还有我们用来度量它们的单位。但粒子不是一幅挂在墙上的肖像；它更像一个动词。粒子会碰撞、会转化、会分崩离析，而一位真正干活的物理学家，大部分时间并不是在欣赏粒子，而是在为事件计数。这篇指南讲的就是这种计数：三个把躁动不安的亚原子世界，变成你可以写下、可以预言、可以核验之物的数字。
这三个数字，把一个过程拆成三个老实的问题。一次相互作用究竟有多大可能发生？这就是截面。一个粒子在破裂之前能存活多久？这就是它的寿命。而在它可能选择的几条路径中，它实际上又是朝哪个方向分崩离析的？这就是分支比。把这几个量摸熟，你几乎就能读懂这个领域里的任何结果——它们正是宣布重大发现时所用的语法。
截面：打扮成面积的概率
想象你蒙着眼，朝一面只别着一个气球的墙扔飞镖。你多久能扎破气球，只取决于一件事：它有多大。一个沙滩球会不停地被扎中；一个小点，则几乎永远扎不到。截面恰恰就是这样一块有效的靶面积——一个以面积为单位的数，用来表示两个粒子相互作用的可能性。截面越大，相互作用就越「热切」。
按日常标准衡量，这些有效面积小得荒唐，于是物理学家把单位的大小定得与之相称——回想一下亚原子世界的尺度，就知道这里牵涉到多少个零。这个单位是靶恩，大约相当于一个铀原子核的横截面积，名字带着几分战时的幽默：击中这么大的一个原子核，简直像击中谷仓的宽墙面一样容易。现代对撞机上追猎的那些罕见过程，则以飞靶恩——靶恩的千万亿分之一——甚至更小的单位来度量。靶恩越少，事件就越罕见。
寿命与宽度：一个事实的两种语言
物理学家造出的大多数粒子都不长久。它们在一次碰撞中诞生，只存在一瞬，随即衰变成更轻的粒子。所以人们对任何新粒子最先问的问题之一，就是：它能活多久？它的寿命，是它在衰变之前平均能存活的时间。「平均」二字至关重要——衰变是一个真正随机的量子过程，所以你永远说不准某一个特定粒子究竟何时离去，只能说出概率，这和放射性样品的半衰期一模一样。
寿命跨越惊人的范围。一个自由中子约活十五分钟；一个缪子约活两百万分之一秒；最重的粒子则不到十亿亿亿分之一秒。但这里有个难题：对一个存活如此短暂的东西，你根本没法掐着秒表去计时。巧妙的出路来自不确定性原理。一个短命粒子并没有一个尖锐的质量——多次测量它，你得到的是一小段质量分布，是一个峰包，而非一根尖刺。这段展宽就是衰变宽度，通常用希腊字母 Γ 来记，而它恰好就是寿命的倒数。
wide width <-> short life narrow width <-> long life lifetime (in seconds) = hbar / width (in energy) hbar ~ 6.6e-16 eV*s
所以宽度和寿命不是两个事实，而是同一个事实透过两扇窗户看到的：宽度用能量的语言说话，寿命用时间的语言说话。比如 Z 玻色子，约活 2.6×10⁻²⁵ 秒（约十亿亿亿分之三秒）——短得无法计时。于是实验测量它质量峰包的宽度，约 2.5 GeV，再做换算。峰包越宽，寿命越短；峰包尖如针，则寿命越长。
分支比：粒子选择哪个岔口
寿命告诉你一个粒子衰变得有多快，却不告诉你它衰变成什么。一个给定的粒子，通常能以好几种不同的方式分崩离析——化成不同组的产物——而每条路径都分到自己的一份衰变。想象一条分出好几个岔口的路：大多数车直行，少数拐走，几乎没有车走那条颠簸的小道。分支比，就是走某一条特定路径的那一份衰变所占的比例。按定义，一个粒子所有分支比之和等于一，因为它总得通过某一条道衰变掉。
希格斯玻色子是典型例子。它大约有 58% 的时候衰变成一个底夸克和它的反夸克；有百分之几走其他衰变道；而只有大约五百分之一的时候——分支比约为 0.2%——衰变成两个光子。最后这条道很罕见，但希格斯最初被干净利落地观测到，恰恰就在这里，因为两个光子能在本底噪声中留下清晰、确凿无误的信号特征。一条罕见的路径，可能反而是最值得盯紧的那一条。
实验如何把这一切变成数字
一个实验究竟是如何从探测器里的闪光，走到一个干净的截面或分支比的？这条链路与其说戏剧化，不如说步步谨慎。回想一下，截面是「单位束流照射量下的概率」——所以要得到事件的发生率，你要把它乘以两束粒子相互瞄准的强烈程度，这个量叫亮度。运行足够久，数清飞出了什么，再倒着除回去，你就测出了截面。靶恩与累积照射量的「靶恩倒数」相互抵消，剩下一个纯粹的计数。
- 让束流碰撞极其大量的次数，并用层层环绕的探测器记录下飞溅的碎片。
- 重建每一个事件——追踪可见的粒子，把它们的能量和动量加起来，找出任何已经衰变掉的短命母粒子。
- 把重建出的质量做成直方图；一个真实的粒子会显现为一个峰包，峰的位置是它的质量，峰的宽度是它的衰变宽度。
- 数清每条衰变道里的事件，截面就除以亮度、分支比就除以总数，再与标准模型的预言相比较。
最后还有一处诚实之言，而且很美。许多短命粒子诞生时几乎以光速运动，而探测器看到什么，相对论是有发言权的。通过时间膨胀，一个高速粒子在实验室里看上去比它静止时活得更久——这正是高空大气中诞生的缪子能撑过下落到地面这段旅程的唯一原因，也是为什么即便转瞬即逝的粒子，也能在衰变前飞过一段可测量的距离。通往下一阶段的这座桥，正是这些数字的意义所在：它们不是抽象概念，而是一本实实在在的账本，让理论得以预言、让实验得以确认自然究竟在做什么。