---
title: "怎样读懂一次粒子碰撞互动实验｜Sandbox Physics"
description: "看不见的碰撞，怎样从探测器留下的信号里重建出来？把各层探测器的信息拼起来。"
canonical_url: "https://sandboxphysics.com/zh/labs/particle-collider/"
language: "zh-CN"
page_type: "lab"
alternate_languages:
  en: "https://sandboxphysics.com/labs/particle-collider/"
last_modified: "2026-10-29"
---

高能物理 · 碰撞事例显示

# Particle Collider · 事件重建室

**看不见的碰撞，怎样从探测器留下的信号里重建出来？** 把各层探测器的信息拼起来。径迹在磁场里弯多少，给出电荷和横动量；量能器测能量和喷注方向；缪子室认出穿透了里面各层的粒子。横动量加起来要是不平衡，就说明有粒子没被探测到就溜走了，比如中微子。

在三维探测器里查看碰撞径迹，再从同一批冻结双缪子候选中画出质量谱。改变筛选条件、比较异号与同号候选，点击谱中的位置就能检查对应事例。

> 交互仿真：在浏览器中打开本页，即可调整参数并运行模型。

模型假设

这是为理解事件显示而设计的参数化玩具生成器，不是真实碰撞数据，也不是完整的粒子输运模拟。径迹曲率遵循 $p_T\simeq0.3\,|q|BR$；缺失横向动量由 $\vec p_T^{\,\mathrm{miss}}=-\sum_i\vec p_{T,i}$ 重建。喷注示例的径迹能量采用无质量近似；冻结双缪子候选的四动量保留缪子静质量。

## 从同一批事例里找出质量峰

点击质量谱，探测器就显示相应的冻结粒子对。改动筛选，只会挑选同一批模拟记录。

异号候选 同号对照

模拟样本会自动载入。

· **$91.2\,\mathrm{GeV}/c^2$**

筛选与模型

垂直束流方向的最小动量 $12\,\mathrm{GeV}/c$ 最大赝快度绝对值 $2.4$

生成器把固定质量的双缪子教学共振与平滑连续谱混在一起。“模糊的峰”改变动量响应。模型省略自然宽度、辐射与完整探测器输运；同号候选用作对照，尚未归一化为本底估计。

$$
M^2c^4=(E_1+E_2)^2-c^2\lvert\boldsymbol p_1+\boldsymbol p_2\rvert^2
$$

[CERN 开放数据：双轻子分析](https://opendata.cern.ch/record/101)

[从一次碰撞读到喷注与推断：八章连续课程](https://sandboxphysics.com/zh/stories/collider-qcd/)

从四动量开始，逐步推导聚类、响应矩阵与似然，再用公开喷注谱检查外推。

物理教程

## 把两条径迹合成一个质量

**背景** 短寿命粒子往往在进入探测器前就衰变了。探测器记录飞出来的粒子，再用它们的能量和动量寻找共同的来源。

**为什么值得理解** 单个事例可能很普通。把许多粒子对算出的质量排在一起，某个位置却可能积出一个峰，提示它们来自同一种母粒子。

先抓重点

- **核心问题**: 怎样从两条缪子径迹，算出它们共同来源的质量？
- **一句话直觉**: 把两条径迹的能量相加、动量按方向相加，再求不变质量。同一种母粒子的候选会在质量谱上聚到一起。

### 核心数学模型

#### 两个粒子的总能量与总动量

$$
M^2c^4=(E_1+E_2)^2-c^2\lvert\boldsymbol p_1+\boldsymbol p_2\rvert^2
$$

这里 $M$ 是粒子对的不变质量，$E_1,E_2$ 是能量，$\boldsymbol p_1,\boldsymbol p_2$ 是动量。动量有方向，两条背对背径迹的动量可以相互抵消。

#### 磁场中的横向曲率

$$
p_T[\mathrm{GeV}/c]\simeq0.3\left|q/e\right|B[\mathrm T]R[\mathrm m]
$$

磁场相同时，动量大的径迹弯得较少。保持同一对候选，提高磁场，画面中的径迹更弯，候选记录的动量与质量保持原值。

### 常见难点

#### 峰里也会混入普通事例

**容易误解** 凡是质量落在峰附近的粒子对，都来自同一种母粒子。

**正确理解** 平滑连续谱也会落进峰所在的区间。这里分别画异号候选与同号对照，帮助看清峰与连续部分；同号对照还没有归一化成精确的本底预测。

#### 筛选会改变留下的样本

**容易误解** 提高动量门槛，只会把整条质量谱等比例压低。

**正确理解** 不同质量、不同方向的候选，通过门槛的机会不同。改动筛选条件后，要看留下的是哪些事例，以及谱形怎样改变。

### 动手实验

1. 01

   #### 从谱回到径迹

   点击质量谱的峰附近，再点击远离峰的位置。

   **你会看到：** 每次点击都选出一对冻结候选。记录编号、质量和三维探测器中的径迹一起更新。

2. 02

   #### 比较清晰与模糊的峰

   依次选择“质量峰”“模糊的峰”和“只有连续谱”。

   **你会看到：** 动量分辨变差，质量峰变宽。只留下连续谱时，原来的窄峰消失。三种预设都来自明确标注的模拟样本。

3. 03

   #### 筛选同一批候选

   展开“筛选与模型”，提高最小横向动量，再缩小赝快度范围。

   **你会看到：** 通过的候选变少；原有记录保留自己的动量。赝快度描述粒子相对束流轴的方向，限制它的绝对值会留下更靠近横向的粒子。

4. 04

   #### 看看别的碰撞样子

   选择双喷注或光子反冲，再展开“探测层与事例生成”。

   **你会看到：** 这些预设生成独立的教学事例，用于比较径迹、量能器和穿透信号。回到质量峰，就继续查看双缪子候选。

物理结论

一次碰撞留下几条径迹，许多碰撞积出一个分布。能量与动量把两者连在一起，质量峰才有了可追溯的来源。

## 相关实验与文章

粒子与探测器 · 阅读路径

### 留下粒子经过的痕迹

这条阅读路径里用到本实验的文章，后面跟着它们推荐的其他实验。

1. [文章 **Blackett 和 Occhialini 让粒子触发自己的照片**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/blackett-counter-controlled-cloud-chamber/)
2. [文章 **乳胶里一条接一条的径迹显出了 π 介子**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/powell-pion-emulsion/)
3. [文章 **Alvarez 小组从成组径迹中找出短寿命粒子**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/alvarez-resonance-events/)
4. [文章 **Charpak 把粒子的位置变成电信号**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/charpak-multiwire-chamber/)

粒子与探测器 · 阅读路径

### 怎样认出一种新粒子

这条阅读路径里用到本实验的文章，后面跟着它们推荐的其他实验。

1. [文章 **两组实验遇见同一座窄峰**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/november-revolution-jpsi/)
2. [文章 **一个电子、一个缪子，怎样指向 τ 轻子**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/perl-tau-missing-energy/)

粒子与探测器 · 阅读路径

### 检验物质遵守的规则

这条阅读路径里用到本实验的文章，后面跟着它们推荐的其他实验。

1. [文章 **W 与 Z 怎样从碰撞碎片中显现**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/ua1-ua2-w-z/)
2. [文章 **两种质量峰怎样把希格斯场带到眼前**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/higgs-discovery-mass/)

还有 2 组

对撞机物理 · 阅读路径

### 从碰撞事件走到粒子物理推断

这条阅读路径里用到本实验的文章，后面跟着它们推荐的其他实验。

1. [文章 **从两条轨迹算出质量，再问碰撞有多常见**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/collider-qcd/four-momentum-and-rates/)
2. [文章 **质子束的能量固定，短程碰撞的能量为什么会变**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/collider-qcd/partons-and-factorization/)

相对论测量 · 阅读路径

### 把相对论当成测量：钟、光信号与四动量

这条阅读路径里用到本实验的文章，后面跟着它们推荐的其他实验。

1. [文章 **四动量与所有参考系都认同的质量**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/relativity-measurement/four-momentum-and-invariant-mass/)
2. [实验 **碰撞与不变质量** 换着参考系看同一次碰撞](https://sandboxphysics.com/zh/labs/collision-four-momentum/)

量子与场 · 入门路径

## 从一次测量开始

先预测结果，再数一数实际测到了什么。从一个量子比特出发，一路走到波包、束缚态和双光子干涉。

[从这里开始 → **量子态与 Born 测量** 先预测一个概率，转动分析器，再拿预测和多次测量得到的频率比一比。 观察 · 15 分钟](https://sandboxphysics.com/zh/labs/qubit-state/)

1. [1 量子态与 Born 测量](https://sandboxphysics.com/zh/labs/qubit-state/)
2. [2 Stern–Gerlach 顺序测量台](https://sandboxphysics.com/zh/labs/stern-gerlach-sequence/)
3. [3 波包传播与不确定性](https://sandboxphysics.com/zh/labs/wave-packet-uncertainty/)
4. [4 量子谐振子态工作台](https://sandboxphysics.com/zh/labs/quantum-harmonic-oscillator/)
5. [5 路径标记与量子擦除](https://sandboxphysics.com/zh/labs/quantum-eraser/)
6. [6 Hong–Ou–Mandel 两光子干涉](https://sandboxphysics.com/zh/labs/hong-ou-mandel/)

[查看完整路径 →](https://sandboxphysics.com/zh/topics/quantum/#starter-path)