1936年12月8日，《物理評論》收到了奧本海默和卡爾森投來的論文。其時安德森開始思考自己對新粒子的實驗論證是否墨守成規，在這樣的想法邊緣猶疑不決。在之前的11月12日，安德森在加州理工學院物理系舉辦了一次小型討論會，不久之前他剛剛獲知自己因為發現正電子而獲得了諾貝爾物理學獎。《科學服務》（Science Service）對此進行了報道，報告人火速發出消息稱安德森「發現證據證明了宇宙射線中存在與電子類似但不同的未知粒子」。據稱，安德森將不會「冒險去猜測未知粒子的真身，但他指出，雖然它們與電子的質量不同，卻很可能帶有同樣的電荷」。奧本海默與卡爾森在準備簇射模型時，可能也受到了這一說法的影響。[1]但是安德森仍然猶疑不決，沒有對觀點進行發表。
1936年12月12日，在諾貝爾物理學獎獲獎演說中安德森又回到了這個問題上。在結束語中他謹慎地提出，確實存在「高穿透力的粒子，雖然並非自由正、負電子，但貌似包含了帶有單位電荷的正、負粒子，這將為未來的研究提供有趣的題材」[2]，對此他並未作出詳細的闡釋。
但是，安德森和尼德美爾必定已意識到了，若欲在物理學界發表研究成果，他們需要在同樣的能量條件下對簇射粒子和穿透粒子的能量損失進行成熟的對比研究。這將粉碎這一可能性：兩種類型的粒子都是電子，只是在高能條件下輻射較少而已。對每穿透1厘米時單個粒子的能量損失進行繪圖後，他們認為奧本海默的結論更具說服力（見圖3.10和圖3.11）。兩幅圖中最為明顯的就是兩個數據點集間的涇渭分明，在1937年3月30日收到並於5月15日發表的文章中，兩人對此進行了解釋，為學界同僚們提供了非此即彼的選擇：
圖3.10 安德森提出的新粒子能量損失之證據。圖3.10和3.11均說明了，簇射和非簇射粒子的表現並不相同。對每厘米鉑板中的軌跡曲率變化進行測量後，發現了能量的變化。每個粒子均被標記為一個點，y軸代表比能損耗，x軸代表初始能量。E的測量單位為兆電子伏特。單獨的標誌表示單個穿透粒子、簇射中的粒子和產生簇射的粒子。來源：Neddermeyer and Anderson，「Nature of Particles，」Phys.Rev.51（1937）：884.
圖3.11 安德森和尼德美爾對新粒子存在的附加證據。同圖3.10一樣，本圖中顯示出了簇射和非簇射粒子的不同表現。圖中描繪了觀測到的能量損失較少的粒子的數量與該損失的觀測次數之間的關係。陰影面積表示粒子伴隨其他粒子進入，或粒子本身在鉑板中產生簇射。ΔE/E的負值取自於結果的統計學分佈及粒子獲得能量的上行運動。來源：Neddermeyer and Anderson，「Nature of Particles，」Phys.Rev.51（1937）：884.
對穿透粒子的理解遭遇了極大的困難，但從目前看來，是受到了這兩種假定的限制：１電子（正電子或負電子）除了其帶電性和質量之外還具有某種性質，這種性質解釋了重元素中為何不存在大量大幅度的輻射損失；２存在帶單位電荷的粒子，但是它的質量（可能不具有唯一值）要大於正常的自由電子的質量，但大大小於質子的質量。這一假設也可以解釋為何不存在大量大幅度的輻射損失，並對觀測到的電離現象做出了解釋。鑒於電荷和質量是量子論描述電子特徵時的唯一參數，第二種假說貌似更具可信性。[3]
需要注意的是這一結論中暗含了多層的論證：基於量子論的論證、基於質量測定的論證以及基於簇射和穿透粒子之間區分性的論證。在後文中我們將在更深層次上對這一結論進行分析。
現在讓我們回到斯特裡特和史蒂芬孫的研究中來，兩人幾乎同時（1937年4月）得出了相似的結論，但是兩人的推論卻不盡相同。他們的論證包含兩個部分：首先，作為博士論文的一部分，富塞爾使用厚度約為0.07厘米的極薄板進行了簇射研究。[4]他希望憑此可以打碎簇射軌跡的複雜網絡（見圖3.8），對更為簡單的部分進行研究。他在論文中寫道，薄板將「通過實驗途徑在（量子電動力學）和認為簇射是由單個元素過程形成的早期（模型）間進行判斷」。[5]我們可以真實地看到，如同卡爾森和奧本海默預測的那樣，簇射是如何由電子對積累構建起來的。部分電子對的上方甚至存在空白區域，同光子的通過狀態相符。富塞爾總結稱，觀測對簇射的輻射和電子對形成理論給予了強有力的支持」[6]（見圖3.12）。
圖3.12 富塞爾使用薄板進行的簇射分析（1938年）。斯特裡特試圖對貝特-海特勒理論進行檢驗，他利用量子力學對帶電粒子穿透物質時的能量損失進行計算。他令學生富塞爾將極薄板安裝於雲室中，若「爆叢」是由元素過程復合而來，那麼在復合形成時可以進行研究。正如這一（立體）照片顯示，構造的過程呈階梯式出現，同量子電動力學的情況一致。一小部分的爆叢貌似是由單個點中產生的。來源：Fussell，thesis（1938），85.
斯特裡特之後轉向了對宇宙射線穿透性部分的範圍、能量和簇射能力的研究，對貝特-海特勒-卡爾森-奧本海默理論對簇射構成成分的解釋能力具有完全的信心。[7]如圖3.13所示，使用了雙重雲室來捕捉「新型」粒子。上方的雲室顯示出粒子的動量以及粒子是單個粒子還是簇射的一部分；計數器用於觸發雲室擴張；下方的雲室顯示出粒子是否會產生簇射。斯特裡特將研究結果列入表格，結果顯示與量子論所認為的相同動量電子相比，穿透了6厘米厚鉛板的非簇射粒子數量是其的10000倍。不僅如此，斯特裡特非簇射粒子中的許多粒子具有的能量可以同1936年安德森測量出的能量相提並論。[8]一方面而言，兩種粒子的穿透能力完全不同。斯特裡特總結稱自己發現的粒子並非電子。另一方面，非簇射粒子的電離作用太弱，不可能是質子。這些穿透性微粒確實應該是「物理學的陌生領域」。
圖3.13 斯特裡特和史蒂芬孫的範圍能量損失實驗裝置（1937—1939年）。左圖為側面圖，右圖為正面圖。C1、C2、C3和C4是四個蓋革-穆勒計數管，觸發兩個雲室Ch1和Ch2產生同時擴張。雲室Ch1位於7000高斯的水平磁場中，用於測量粒子動量。Ch2中有三塊鉛板（陰影部分），用以辨認產生簇射的粒子。斯特裡特使用這一復合裝置來論證：同種能量條件下存在兩種粒子，一種產生不具穿透力的粒子，另一種不產生簇射但具有強穿透力。產生簇射的粒子的表現與貝特-海特勒理論的觀點是一致的。來源：Street，「Showers，」J.Franklin Inst.227（1939）：778.未經培格曼期刊有限公司允許不得轉載。
詹姆斯·巴特利特（James Bartlett）是一名來自伊利諾伊州的理論物理學家，造訪了特普林斯頓高等研究院之後他立刻寫信給斯特裡特，對其研究結果進行了質疑：「總體來說，我覺得僅憑理論上的停止作用曲線就將質子排除在外是有相當大的風險的。」[9]1937年5月，斯特裡特以信心滿滿的斷言反駁了巴特利特：「質子被排除是毋庸置疑的。」[10]然後他又再次證明了電子論的不成立，詳盡地計算了多種已知的質子軌跡具有的能量。
貝特的《手冊》（Handbuch）中認為低能質子（約100兆電子伏特）無法穿透1厘米以上的厚度，但斯特裡特的實驗中有6個粒子均能穿透6厘米以上的厚度。在中等距離內，30個粒子中有26個穿透的深度要大於質子的水平，「為了得出最終結論」，斯特裡特稱電離作用明確顯示出部分粒子是質子，它們的穿透深度要淺於貝特「權威著述」中認為的深度。因此，巴特利特重新進行了實驗，認為停止曲線「僅具有」理論性。斯特裡特對此進行了反駁，他論證稱被獨立地辨認為質子的粒子是符合貝特-海特勒的質子公式的。
此外也存在著其他與質子具有相同能量的粒子，它們的電離程度明顯較小，穿透深度更深（見圖3.14）。「我認為，」對自己的辯護之辭斯特裡特這樣總結道，「這些觀測結果是新型粒子存在的充分理由。」
圖3.14 對質子論的反面論證。圖為斯特裡特和史蒂芬孫於1937年開始的實驗中獲得的典型照片，實驗使用了圖3.13中的兩台雲室裝置。左側為質子，右側為新型粒子。上方的雲室位於磁場中，軌跡曲率顯示兩種粒子的動量是相同的（6千億電子伏）。下方的雲室中裝有鉛板，當新粒子在最小電離情況下穿過三塊1厘米厚的鉛板時，顯示出的質子軌跡十分密集，並且軌跡在經過首塊鉛板時消失了。在上方的雲室中可以看到兩種粒子的電離情況並不相同。來源：SP.Cf.Street，「Developments，」in Present state of Physics（1954），32.
雖然使斯特裡特和史蒂芬孫確信新粒子存在的是範圍能量實驗，但是他們被人們所銘記並非是由於這一研究。斯圖爾特也能夠設計一系列的計數器，拍下任何穿透厚鉛板的事件照片，但是他未能在雲室中完成這一過程。事實情況是由於粒子靠近其軌道盡頭時移動速度十分緩慢，足以因磁體作用而產生偏轉，因此有機會測量其質量。在拍下了近千張照片之後，1937年10月斯特裡特和史蒂芬孫成功地發現了一個停止穿透粒子。幾周後他們公佈了該張照片。照片中密集的電離和曲率軌道顯示，粒子的質量是電子質量的130倍，許多物理學家都對這張不平凡的照片感到信服。貝特也加入了支持者的行列，並在次年3月報告布萊克特稱，新粒子的證據具有了決定性的說服力：「貌似我不得不相信（新粒子的）存在」。[11]在那之後，多篇文章都引用了圖3.15中的照片。[12]
圖3.15 停止μ介子。μ介子運動緩慢以至於可以測量其電離作用和動量的首張照片。μ介子軌跡呈現彎曲形狀，照片的右上方象限中有輕微模糊。基於這些數值，斯特裡特和史蒂芬孫推導出了μ介子的質量：M~130 Me。來源：哈佛大學物理系圖片檔案館。照片詳圖收錄於：Street and Stevenson，「New Evidence，」Phys.Rev.52（1937）：1003-1004.
全世界的物理學家都見識到了這張驚人的圖片。弗裡將其複印品帶到了英國學會會議上，給與會人群留下了相當深刻的印象。對於很多人來說，僅這一張圖片證據就已經具有了足夠的說服力。但是，對於斯特裡特和史蒂芬孫而言，真正將他們的實驗帶到盡頭的是範圍能量關係。用斯特裡特的話來說：
我一直認為這是最合理、最具說服力的方法，但對於外行聽眾而言這並非是最具說服力的。你必須先研究這一主題並進行深入思考，最後想出測量質量的辦法。但如果能花一點時間來研究它，你會發現它具有令人信服的能力。[13]
提及照片時，他又表示：
在範圍末段顯示密集軌跡的這張照片對我們而言，僅僅就像是大家為示範演講所做的準備一樣，是必不可少的。問題僅僅在於如何完成這一準備。我之所以認為不該過分地依賴它，還是因為我們只獲得了一兩張（的照片），而任何事件都是有可能發生那麼一次的，所以在這一點上我們對實驗並不是十分滿意。[14]
在某種程度上，斯特裡特的懷疑是源自於對計數器的信任，計數器不僅給出了數以千計的數據點，同時也指出了為數眾多的虛假事件。毋庸置疑，觀察到一些突然間斷性地失去能量的孤立軌跡之後，他也變得謹慎了。在1938年夏天給弗裡的信中，他表示每12個停止粒子中就有1個會出現這樣的狀況，違背了新粒子要遵循的範圍能量關係。但是，斯特裡特又表示：
我認為這些明顯的停止現象是由照明缺陷、較差的幾何結構和散射等引起的。新的裝置應該可以解決這些問題。在任何情況下，我都無法相信對這些停止的觀察精確度，除非它們的出現頻率是比十二分之一還要大的巨大值。當然對穿透的觀察是安全的。[15]
沿著這一研究進程，在1938年8月寫信給弗裡的信中斯特裡特稱，使用了新型18英吋雲室後，「我們應該能盡快獲得一些效果較佳的簇射照片，顯示出五塊1厘米厚的鉛板中的顯影。這實際上只不過是一種噱頭，我們會將它放置在磁體下方，很快再次轉向對範圍的研究」。[16]對於斯特裡特和史蒂芬孫而言，具有說服力的、可以將實驗推向結尾的證據只能是來自於已謹慎校正過的計數器積累的大量統計資料，這些計數器被單獨插入符合電路或與雲室一起被插入電路中。10年間積累下來的電子儀表經驗在斯特裡特的論證方式中留下了印記。
註釋
[1] Typescript of Science Service Report.12 November 1936.Draft of Anderson to Hoddeson.September 1981.Anderson to author，11 November 1984.
[2] Anderson，「Production and Properties，」Nobel Lectures（1965），372.
[3] Neddermeyer and Anderson，「Nature of Particles，」Phys.Rev.51（1937）：884-886.
[4] Fussell，「Cosmic-Ray Showers，」Phys.Rev.51（1937）：1006.
[5] Fussell，thesis（1938），56.
[6] Fussell，「Cosmic-Ray Showers，」Phys.Rev.51（1937）：1006.
[7] Street and Stevenson，「Penetrating Component，」Phys.Rev.51（1937）：1005.
[8] Anderson and Neddermeyer，「Cloud Chamber，」Phys.Rev.50（1936）：263-271.
[9] Bartlett to Street，5 May 1937，SP.
[10] Street to Bartlett，11 May 1937，SP.
[11] Bethe to Blackett，8 March 1938，BC，box 3.Bethe，interview，11 December 1980.Furry，interview，11 July 1980.
[12] Street and Stevenson，「New Evidence，」Phys.Rev.52（1937）：1003-1004.
[13] Street，interview，October 1979.
[14] Street，interview，October 1979.
[15] Street to Furry，n.d.SP：same as 18 July 1938，variant version sent 3 August 1938.File，「Material for British Association Talk，1938，」FP.
[16] Street to Furry，3 August 1938.File，「Material for British Association Talk，1938，」FP.