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第4章一組高能物理實驗的終結

有些現象動搖了物理學家腦海中的世界圖景。20世紀30年代的μ介子起到了這樣的作用,接下來便輪到20世紀70年代初期的中性流。在1971年秋季到1974年春季這兩年半里,如圖4.1和圖4.2所示,似乎僅僅被視為新奇事物的圖片成為證明驚人的新型基本相互作用存在的有力證據。慢慢地,實驗者將這些圖片從新奇事物轉化為基於各種工程、理論以及實驗進程的有說服力證明的基礎。憑此,他們以20世紀物理學中最重要的發現之一來呈現物理界。

圖4.1 中性流備選(氣泡室)。包含此圖像在內的來自加爾加梅勒氣泡室圖片的圖像最初被錯誤地歸為中子星。(在這些事件中,假定位於箭頭末端的中子與原子核發生碰撞,創造右移的粒子簇。)稍後,很多此類事件被歸為中性流事件,其中,不可見的向右移動的中微子從在質子與中子內部的夸克中散射出來,形成向右移動的強子簇射(強相互作用粒子簇)。圖由保羅·繆塞(P.Musset)提供。

圖4.2 中性流備選(火花室)。在E1A火花室的圖片中,像這樣的圖像被歸類為在箭頭末端與一個強子發生碰撞的向右移動的中微子的備選。起初,哈佛-威斯康辛-賓夕法尼亞-費米實驗室小組懷疑中微子改變了電荷,進而成為一個以大角度偏離的μ介子。因此,此事件好像僅僅會產生強子。與圖4.1中的事件一樣,物理學家後來重新將此歸為中性流備選,其中中微子從強子中發散出來,形成向右移動的強子簇射。圖由勞倫斯·蘇拉克(L.Sulark)提供。

很大程度上源於這些實驗的信心,物理學家開始推廣預測中性流的統一規範理論。在20世紀70年代,理論家與實驗者均在強、弱以及電磁相互作用規範理論的清晰表述與測試方面付出了巨大的努力。確實,在物理學的歷史上,毫不誇張地說可以將20世紀70年代稱為「規範理論的十年」。但是,實驗者自己是如何開始相信中性流的存在呢?是什麼說服了他們是在著眼於實際的效果,而不是機械設備的製品或者環境的產物?我們能否瞭解到大量粒子物理學的規模是如何影響終結實驗的方式的?

當然,理解這些實驗的一個先決條件是討論建造在20世紀30年代難以想像的大規模工業粒子探測器。此外,我們需要瞭解更多物理學家所堅持的實驗與理論假設。最後,正如在μ介子與旋磁研究中那樣,實驗室操作不僅會通過獲得的積極結果展現,也會以工作過程中產生的無數的錯誤線索與技術問題等方式為眾人所瞭解。在這裡,我們的任務與眾多討論中性流的綜合物理學評論不同。[1]


註釋

[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.