在每時每刻，亞原子顆粒通過您的身體數量不可思議的數字流。每秒鐘，來自太陽的大約1000億個中微子經過您的縮略圖，您在地球大氣中出生的夜雨中沐浴。甚至不起眼的香蕉發出的正電子，電子的反物質對應物。存在整個粒子的宇宙，我們大多忽略了，主要是因為這些顆粒是看不見的。
本文是一系列的一部分，該系列重點介紹了上個世紀的一些最大科學進步。有關原子歷史的更多信息，請訪問科學世紀：破解原子。
當我十幾歲的時候，當我第一次得知這個不為人知的粒子世界存在時，我無法停止思考。當我想到它時，我幾乎無法呼吸。我是為了偷走作家戴維·福斯特·華萊士（David Foster Wallace）的隱喻，他只是注意到她在水中游泳。我正在用粒料燉的啟示是我繼續研究物理學的原因，最終是為了寫它的原因。
為了真正達到最基本的層面，人們必須能夠形象化這個隱藏的世界。那就是粒子探測器的來源。他們發現了宇宙最小的成分的痕跡，使這些無形的概念變得真實。更重要的是，粒子探測器揭示了美麗：顆粒留下了氣泡的優美螺旋，光明和酥脆的火花線。
作為一名物理專業的學生，我花了幾個小時在教科書中檢查這些令人驚嘆的圖片。我繼續在研究生院建立粒子探測器，並使自己的粒子圖像在我們的世界中徘徊。
當粒子通過材料移動時，它會掉落麵包屑，可以放棄其路徑。這些麵包屑有多種形式：輕，熱或電荷。 “基本上，存在的每個粒子探測器都在尋找這三件事中的一個或多個。”伊利諾伊州巴達維亞的Fermilab的粒子物理學家Jennifer Raaf說，粒子探測器將麵包屑轉換為可以記錄和分析的信號。這種信號有助於揭示標準模型的物理學，這是描述自然力量的顆粒和力量的科學成就。它們也可能是發現物理學的關鍵超越標準模型。
隨著時間的流逝，用於檢測顆粒的技術已大大改善。以下是幾種使無形可見的探測器。
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通過雲
科學家可視化粒子軌道的第一個方法之一是使用雲室。一個多世紀以前，雲室在凝結成液體的邊緣充滿了氣體，通常是酒精的蒸氣。當帶電的粒子穿過腔室時，它會從內部的空氣中剝離電子，從而產生啟動冷凝的電荷。沿粒子路徑形成一條稀疏的線，就像微型圍欄一樣。
科學家經常用強烈的磁場圍繞雲腔和其他探測器，該磁場將顆粒的路徑彎曲成曲線或螺旋。負電荷的顆粒曲線沿一個方向曲線，正粒子的方式相反。其他細節進一步表徵了粒子：例如，曲率表示粒子的動量。
雲室揭示了1930年代的各種以前未知的顆粒，包括正電子和穆恩（Electron）的沉重表弟。這些粒子大多是出乎意料的。當時，物理學家是幾乎沒有握住事實是，除電子和質子以外的顆粒存在。
雲室很簡單，您可以在自己的家中做一個，使用酒精和乾冰。
氣泡徑
1950年代都是關於泡泡室的。
當帶電的顆粒通過氣泡室中的液體穿過液體時，它們會留下微小的蒸氣氣泡，例如虹彩球落下肥皂泡棒。儘管腔室通常充滿液體氫，但可以使用多種液體。一個早期的原型甚至使用了啤酒。可以使氣泡室比雲室大，並產生更清晰的軌道，從而可以更詳細地觀察更多的顆粒。
在同一十年中，粒子加速器脫穎而出。這些加速器會產生能量的顆粒束，科學家可以墜入其他顆粒或目標。這些碰撞鞭打了一堆新粒子。科學家將這些橫梁送入泡泡室看發生了什麼事。
由此產生的圖像不僅在科學上具有啟發性，而且令人驚嘆：如果Raaf要紋身，她說，這可能是一個泡泡室的圖像。到目前為止，我抵制了獲得墨水的誘惑。
數字化
雲室和泡泡室有一個缺點。通常用照片錄製曲目，每個曲目都必須通過眼睛檢查任何內容。這個過程太慢了。它使物理學家退縮了發現可能僅在無數照片中僅一兩張出現的顆粒（如果那樣）中出現的顆粒。為了找到最稀有的粒子，“您真的不能看圖片。您想以智能的方式將這些信息數字化，”費米拉布（Fermilab）的粒子物理學家薩姆·澤勒（Sam Zeller）說。
輸入多線比例室。該技術於1968年發明，依賴於一系列高壓電線，當傳入顆粒從充氣室中的原子中移出電子時，產生的電荷會產生。該技術每秒可以捕獲數百萬個粒子軌道，遠遠超過氣泡腔所能達到的。數據直接進入計算機進行分析。多線比例室及其後代徹底改變了粒子物理，並發現了1970年代魅力夸克和gluon等顆粒的發現，以及1980年代的W和Z實量。
一些最先進的現代探測器將其血統追溯到多線比例室，例如液體氬時間投影室。這些探測器是高分辨率的，這意味著研究人員可以放大相互作用的細節並在3-D中可視化。液體氬時間投影室將是美國最大的粒子物理實驗之一，即南達科他州的深層中微子實驗之一。由於中微子很少與物質相互作用，因此實驗需要這種高級檢測技術。
發光
科學家還設計了通過光檢測顆粒的方法。當粒子在給定材料的一定速度限制上移動時，它會發出光，稱為Cherenkov Light。它類似於通過聲速屏障並創造聲音繁榮的飛機。帶電的顆粒在穿過帶有某些化學物質（稱為閃爍體）的材料時也會發出光。
為了發現單個顆粒留下的少量光，科學家使用了最初在1930年代發明的光電塑料管，這些管將光轉化為電信號。這些試管可用於拾起Cherenkov Light或閃光燈。
閃爍體檢測器開始證明其在1956年的價值，當時使用液體閃爍液罐來發現中微子 - 曾經被認為是完全無法發現的。例如，液體閃爍體檢測器仍然很常見 - 例如，在Fermilab的Nova Neutrino實驗中使用 - 由固體塑料條製成的探測器和閃爍體混合在一起。
將所有這些放在一起
世界上主要粒子山脈的現代探測器，例如Geneva附近Cern的大型強子對撞機的檢測器，都拋出了一切。拉夫說：“這是不同類型的探測器的洋蔥；每一層都是不同的事情。”
這些龐大的機器高個子，包括各種各樣的技術 - 塑料閃爍體探測器，切倫科夫探測器，多線比例室的後代。它們通常還包括由矽製成的探測器，這些探測器可以基於粒子通過時產生的小電流來精確測量粒子軌道。這些探測器都在非常強大的磁鐵中共同起作用。粒子在檢測器的中心發生衝突後，計算了來自所有部分的數據並重建碰撞中發生的事情，從而探索了顆粒所採取的路徑。
無論採用什麼技術，令人著迷的亞原子像形文字都使物理學家可以破譯物質的母語，揭示其組成部分和交流的力量。 Zeller說：“您可以看到看不見的事真是太神奇了。”
