素粒子物理学
標準模型：粒子と相互作用
多層検出器（トラッカー・カロリメータ・ミューオン室）で、運動量と磁場を変えて粒子の痕跡を調べます。軌跡パターンから電子・ミューオン・ハドロンを識別——素粒子物理の事象読解スキルです。
器具
- 多層検出器の3Dモデル：トラッカー・カロリメータ・ミューオン室
- 「粒子変更」ボタンと一時停止
- 相対運動量・磁場のスライダー
手順
検出器層による識別
「粒子変更」で各粒子を回します。電子（トラッカーで曲がり電磁カロリメータで止まる）、ハドロン（ハドロンカロリメータでシャワー）、ミューオン（全層を貫きミューオン室にヒット）、光子/ニュートリノ（飛跡なし、ニュートリノは素通り）。識別表を記録します。
曲率から運動量を求める
荷電粒子で「相対運動量」を変えます。p が増えるとトラッカー内の軌道は直線に近づきます。曲率半径 。二つの p 設定で r を読み比例を確かめます。実際のスペクトロメータが運動量を「量る」方法です。
磁場を変える
運動量を固定し「相対磁場」を低から高へ。B が強いと軌道は強く曲がり測りやすいが早く巻きます。B = 0 で直線。検出器設計のトレードオフに注目します。高エネルギー粒子の運動量測定には強磁場（LHCのCMSソレノイド約2 T）が要ります。
未知粒子を予測する
「粒子変更」を押し名前表示を隠して、飛跡パターンから粒子種を当ててから確認します。発展：電荷なし粒子（光子）は飛跡なしでカロリメータにヒットだけ。標準模型の「幽霊」ニュートリノは完全に消え、実事象では欠損運動量 としてのみ現れます。
シミュレーション
実験の歴史
素粒子検出器は、泡箱（グレイザー1952年、ノーベル1960年）と多線比例式箱（シャルパク1968年、ノーベル1992年）から、一つの事象で数億チャネルを記録するLHCの多層検出器へ進化しました。原理は不変です。湾曲トラッカーが運動量を測り、カロリメータがエネルギーを吸収し、ミューオン室が透過粒子を選別します。
標準模型はグラショー–ワインバーグ–サラム（電弱、ノーベル1979年）、ゲルマン–ツヴァイク（クォーク）、ヤン–ミルズ（ゲージ理論）、アングレール–ブルー–ヒッグス（質量生成、ノーベル2013年）から組み立てられ、3つの相互作用と17の素粒子を記述します。ヒッグス粒子は2012年にATLAS/CMSがまさにこの痕跡読解技術で発見しました。未解決のニュートリノ質量・暗黒物質・物質–反物質非対称性は標準模型を超える物理の課題リストです。