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《实验是如何终结的?》第4章一组高能物理实验的终结

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有些现象动摇了物理学家脑海中的世界图景。20世纪30年代的μ介子起到了这样的作用,接下来便轮到20世纪70年代初期的中性流。在1971年秋季到1974年春季这两年半里,如图4.1和图4.2所示,似乎仅仅被视为新奇事物的图片成为证明惊人的新型基本相互作用存在的有力证据。慢慢地,实验者将这些图片从新奇事物转化为基于各种工程、理论以及实验进程的有说服力证明的基础。凭此,他们以20世纪物理学中最重要的发现之一来呈现物理界。

图4.1 中性流备选(气泡室)。包含此图像在内的来自加尔加梅勒气泡室图片的图像最初被错误地归为中子星。(在这些事件中,假定位于箭头末端的中子与原子核发生碰撞,创造右移的粒子簇。)稍后,很多此类事件被归为中性流事件,其中,不可见的向右移动的中微子从在质子与中子内部的夸克中散射出来,形成向右移动的强子簇射(强相互作用粒子簇)。图由保罗·缪塞(P.Musset)提供。

图4.2 中性流备选(火花室)。在E1A火花室的图片中,像这样的图像被归类为在箭头末端与一个强子发生碰撞的向右移动的中微子的备选。起初,哈佛-威斯康辛-宾夕法尼亚-费米实验室小组怀疑中微子改变了电荷,进而成为一个以大角度偏离的μ介子。因此,此事件好像仅仅会产生强子。与图4.1中的事件一样,物理学家后来重新将此归为中性流备选,其中中微子从强子中发散出来,形成向右移动的强子簇射。图由劳伦斯·苏拉克(L.Sulark)提供。

很大程度上源于这些实验的信心,物理学家开始推广预测中性流的统一规范理论。在20世纪70年代,理论家与实验者均在强、弱以及电磁相互作用规范理论的清晰表述与测试方面付出了巨大的努力。确实,在物理学的历史上,毫不夸张地说可以将20世纪70年代称为“规范理论的十年”。但是,实验者自己是如何开始相信中性流的存在呢?是什么说服了他们是在着眼于实际的效果,而不是机械设备的制品或者环境的产物?我们能否了解到大量粒子物理学的规模是如何影响终结实验的方式的?

当然,理解这些实验的一个先决条件是讨论建造在20世纪30年代难以想象的大规模工业粒子探测器。此外,我们需要了解更多物理学家所坚持的实验与理论假设。最后,正如在μ介子与旋磁研究中那样,实验室操作不仅会通过获得的积极结果展现,也会以工作过程中产生的无数的错误线索与技术问题等方式为众人所了解。在这里,我们的任务与众多讨论中性流的综合物理学评论不同。[1]


注释

[1] Baltay,“Neutrino Interactions,”Tokyo(1979),882-903;Cline and Fry,“Neutrino Scattering,”Ann.Rev.Nucl.Sci.27(1977):209-278;Cundy,“On Neutrino Physics,”London(1974):IV-131-48;Faissner,“Weak Currents,”Lepton-Hadron Physics(1979),371-432;Kim et al.,“Weak Neutral Current,”Rev.Mod.Phys.53(1981):211-252;Mann,“Status of Currents,”Gauge Theories(1980),19-54;Myatt,“Neutral Currents,”Bonn(1974),389-406;Rousset,“Neutral Currents,”Philadelphia(1974),141-165;Sciulli,“Experi-menter's History,”Prog.Particle Nucl.Phys.2(1979):41-87.