听到“探测器”[1]这个词，你会怎么想？这听起来有点像侦探，一个想要搞清楚实际发生了什么事的人。也许你接触过探测器，比如在机场，金属探测器可以帮助工作人员找到大家暂时没有看到而你可能随身携带的金属材料。虽然一经探测器指出，你就会发现你身上的金属物品，但有些东西永远无法被肉眼看到，那就是基本粒子。它们实在是太小了，根本无法直接看到。那么问题来了：如何才能让看不见的东西在探测器中可见呢？
带电荷者无法来无影去无踪
飞机和野生动物有什么共同点？它们经常来无影去无踪。但我们知道，它们会在所过之处留下一些痕迹。打比方说，雪地上往往会出现动物的脚印，如果你了解这种脚印，你可以直接推断出经过此处的动物的类型：猫还是马，你会对此了如指掌。
飞机留下的典型痕迹看起来就像天空中的一条又长又细的云带。我们先把天空当作飞机的探测器，用这个例子来解释一种很常见的粒子探测器。该探测器不强大，不先进，反应也不快，但它可以使α射线、β射线、质子和μ子之类微小的粒子可见。它名叫“云室”，由一个密闭的玻璃箱组成。我们在其中加热酒精，而后酒精蒸发充满了箱内，也就是说箱内的空气中充满了酒精蒸气。酒精的加热发生在箱子的顶部，箱子底部则是温度很低的金属材料。因此，底部饱和的空气会得到冷却，冷却又减少了它所含的酒精。这个时候，空气不仅是饱和的，而且是“过饱和”的：它真的很想摆脱酒精。此处的效果和你在冬天寒冷的空气中看到自己呼出的气是一样的。
为了挤出空气中的酒精，我们需要一个触发器，即能让酒精分子附着并形成液滴的东西。这种触发器便是一个带电粒子，它携带着足够的能量来电离云室中的空气。然后，酒精蒸气将完全沿着带电粒子所走的路径冷凝在电离原子上。这样一来，看不见的带电粒子就变得可见了！
如果你仔细检查云室中路径的痕迹，你会发现，有些痕迹又粗又短，有些则又细又长。在这些细线中，有的笔直，有的则弯弯曲曲。不同的痕迹类型源于导致它们产生的不同粒子类型。它们携带的电荷越多，发生电离的就越多，冷凝的蒸气就越多，痕迹也越宽。这就是α粒子和它们的双正电荷会留下较宽痕迹的原因。这些含有双电荷的α粒子会发生大量的电离，从而损失很多能量。而它们损失的能量越多，停下得就越快。所以它们的痕迹特别短。你也可以看到电子（β粒子）和μ子的不同：较重的μ子受到散射空气分子的干扰较少，因此它留下的轨迹比电子留下的更直。
云室的原理和飞机留痕的原理是一样的。飞机的涡轮机产生的热空气在天空中冷却，水汽凝结在小灰尘颗粒上。现在，我们可以问自己，粒子探测器应该告诉我们它探测到的粒子的哪些信息？虽然也有非常复杂的探测器可以提供非常复杂的信息，但在猎取自然界的基本组成部分时，我们想问的主要问题是：粒子到哪儿去了？以及它的能量有多少？解决这些问题的探测器类型是跟踪探测器和量能器。
跟踪探测器——告诉我你想看哪儿的情况
当你通过动物留在雪地里的痕迹来跟踪它们时，一定不想打扰它们，对吧？跟踪探测器想要对它们跟踪的粒子做同样的事情。跟踪本身的工作原理与云室类似。一个带电粒子进入探测器并将其电离。
