1700967160
在之后的几周里，安德森继续搜寻更多的结果，发挥了云室相关的研究经验，挑选出可用的轨迹，虽然他仍然无法解释这些不可用轨迹的来源：“中部色线并非轨迹”、“铅板上两条异常色线”、“有问题的色线”等。有时他可以对背景轨迹的出现原因进行解释：“电离化过重，散射效果较差，可能是质子。”一些有效的轨迹由于难以测量（曲率“较小”），被安德森明确摒弃了。1932年8月27日，他将180号结果认作是两个相关联的可测量结果，包含“喷射”并标记为“正+负电子”，记录中显示出了一定的确信度。两天后，他将253号轨迹注上星号，标记为图像清晰而具可测量性，肯定是“（三级过程）导致的两次次级”过程。
1700967161
1700967162
在这样的准备基础上，安德森在当年9月1日撰写了一篇简短的文章，并投稿给《科学》（Science）杂志。文章中介绍了三条轨迹，提供了对轨道的其他解释方法，但他认为这些方法在小质量正粒子假说面前都会黯然失色。比如，他对75号轨迹进行了详解，提出了四种分析法，其中的后两种是全新的、不值得考虑的，故而在他的笔记中没有呈现。四种分析分别为：①正粒子穿透铅板；②喷射两种粒子，一是电子，一是小质量正粒子；③20兆电子伏特的电子通过铅板时获得40兆电子伏特；④两个相互独立的电子轨迹（在完全偶然的情况下）处在完美的位置，看起来类似于穿透轨迹。前两种分析支持新型粒子的存在，第三种分析违背了能量守恒定律，而最后一种在“概率基础”上“可能性极低”，而且光电离排除了质子的可能性，因此安德森对带有电子质量的正粒子这一分析表示赞同。[11]
1700967163
1700967164
在之后的几个月里，帕特里克·布莱克特和朱塞佩·奥基亚利尼（Giuseppe P.S.Occhialini）对安德森的结论表示肯定。[12]卡文迪什实验室的研究人员认为，正电子观点与狄拉克电子对观点间具有自然的符合性，即真能高能光量子产生一个正电子和一个电子，并非像密立根和安德森所称的那样——粒子是由原子核中喷射出来。
1700967165
1700967166
问题的关键并不在于理论在一组实验中发挥了作用，而在另一组实验中则恰好相反。当然，安德森使用了初诞生理论来推进实验，通过质子与电子间的不一致来刺激铅板。即便是安德森笔记中使用的“喷射”的分类范畴也反映出了原子核及其组成部分的观点。但是，安德森同当时的其他英国物理学家不同，对狄拉克的相对论性量子力学高级理论未加考虑。
1700967167
1700967168
然而，安德森观察到的正负电子数目几乎相同，因此很快就了解并暂时接受了布莱克特和奥基亚利尼对正电子来源的解释——电子对观点。[13]但是，对密立根的研究方向还是有必要进行肯定的，在1933年6月提交的论文中，安德森以这样的鼓励之语作为结尾：
1700967169
1700967170
海平面初级宇宙射线束……存在于大部分的光子中，这是密立根教授多年以来一直持有的观点，现在又出现了另外的支持性事实：已发现ThC”的硬γ射线同宇宙射线一样会产生正电子。[14]
1700967171
1700967172
正如预想的一样，密立根对此表示赞同。但是他对狄拉克的电子对观点仍不认可。1933年，密立根主张“（正负电子）轨迹均是在原子核衰变时即时出现的”。[15]这里并未涉及狄拉克的理论。密立根简单地引用了安德森的能量测量值，作为初级宇宙射线是光子的“最完整证据”[16]：安德森已然证明了绝大多数的被测粒子带电小于6亿伏特，这一结果同“初诞生”光子观点是匹配的。
1700967173
1700967174
由多个方面看来，密立根理论貌似可以同新发现以及之前的一系列成功成果互相融合。另一个成功也貌似可以归功于初诞生理论：密立根使用配备有自记录式验电器的气球进行了试验，气球最高升至16千米高空。密立根在1931年11月的巴黎演讲中断言，此次测量说明了电离率在9至16千米范围内达到最大值，“若穿透大气层的射线是（γ）射线，则这正是我们所期待的。γ射线在与其次级射线达到平衡之前必然会穿透一定的大气厚度”。[17]
1700967175
1700967176
在高层大气中电离作用的程度具有上限，因此密立根部分结论的出现也是必然。若大气层中的粒子通量达到峰值，则初始射线一定产生了次级射线。然而，在数年间这一点虽然并未被接受，但初始射线是质子而非光子。另一个具有高度争议性的观点支持了密立根的光子主张：他的研究小组并未发现“纬度效应”的证据。地球周围环绕着磁场，磁场超出了大气层的范围，延伸至宇宙空间中去。因此，若初始宇宙射线粒子带电，它们将会自近赤道纬度向两极方向偏转。反而言之，若像密立根认为的那样，初级粒子是（中性的）光子，则将不会出现这样的地理变异。密立根和他的同僚们多次试图对“纬度效应”进行测试，比如将马尼托巴省丘吉尔市的宇宙射线通量同加州帕萨迪纳市的通量进行对比。直到1931年，他们还是未能发现纬度效应“一丝一毫的证据”，密立根再次庆祝了原子构建假说的成功。[18]但是亚瑟·康普顿并非如此。
1700967177
1700967178
密立根和康普顿的关系由友好变为整个世纪最激烈的公开科学争论的双方。由密立根一方的资料文件看来，很明显两个人都卷入了争论之中，甚至对彼此的科学笃实性进行了诋毁中伤。两名诺贝尔得主被卷入“狗咬狗的混战”（密立根有时这样称呼这次争论）之中，观战的新闻媒体从这样的景象中取乐，将其登载为头版新闻。[19]为了赶超密立根及其同僚的纬度效应研究，康普顿同一个开展大型宇宙射线密度地理考察的小组进行合作。在投稿给《物理评论》的通讯文章中，[20]他们宣称，纬度效应确实存在并且十分强烈，排除了密立根的观点：所有海平面带电粒子都是地球大气中的次级产物。[21]
1700967179
1700967180
康普顿的挑战并不是密立根面临的唯一难题。1929年，瓦尔特·玻特（Watther Bothe）和沃纳·科赫斯特（Werner Kolhörster）进行的实验可能对初诞生理论造成了毁灭性的影响。[22]两人并未将关注点集中在不同位置的验电器的放电率上，而是希望直接发现射线的本质。为了这一目的，他们利用了最新发明的盖革-穆勒计数管，它本质上是一个大型的柱形电容器，其中含有一个空心圆柱体传导器，沿中轴带有导线。计数管和导线间具有高电位恒差。当带电粒子穿过空气时，部分原子产生电离。由于导线和管壁之间的电势梯度，离子迅速开始移动，使碰撞到的部分原子被电离。在离子产生传递效应时产生了大量电流，仪器开始放电。随后会出现电流浪涌，可以通过验电器等途径表现出来。
1700967181
1700967182
玻特和科赫斯特计划使用两枚盖革-穆勒管，分别连接到一台验电器上，管之间用金块隔开。若计数管同时放电较预期随机放电情况更频繁，则明确证明单个带电粒子通过了中间的铅板。获得这一结论的首要困难在于，对两台验电器的简单观察所能提供的时间分辨率较差。然而，1929年玻特和科赫斯特对他们的数据十分相信，认为自己已经证明了宇宙射线中包含穿透性的带电粒子。
1700967183
1700967184
在此可以发现将玻特和科赫斯特称为“μ介子发现者”的依据。需要注意的是他们的论证战略远大，后文中我们还将多次了解到这一点。其中存在着一种背景或模仿过程——此种情况下表现为独立粒子“偶然”触发计数器时的可测量率。实验者说明了符合计数率超过偶然率，证明了它们的信号盖过了背景。在后文中，我们将看到其他的物理学家们在新的背景条件下重新进行“已终结”的研究案例，这些案例并不是由独立事件引发的。
1700967185
1700967186
20世纪20年代末，在佛罗伦萨进行研究工作的布鲁诺·罗西对这一来自德国的结论表示了赞同。罗西对玻特和科赫斯特的研究产生了兴趣，他来到了玻特的实验室，努力对他们的实验进行改进。[23]罗西在技术上的独创性贡献是真空管电路，仅在向电路同时施加两次或更多脉冲后，该电路会释放出一次脉冲。[24]这正是宇宙射线研究中需要的仪器，在改造之后，“符合电路”成为了实验物理学中使用最为广泛的工具。罗西将三个计数管连接到了符合电路上，使得只有具有垂直路径的带电粒子才能使三个计数管放电，由此记录仪器记下该事件。通过插入不同数量的铅板，他得以对德国结论进行再次确认，确定性大大提高：某些粒子穿透了1米厚的铅板。[25]
1700967187
1700967188
微粒宇宙射线这一激励性观点和伴随而来的计数器实验对密立根而言是一种诅咒。“两年以来我一直在指出，”1933年2月他进行了这样的抨击，“以我的判断而言，这些计数器实验从未真正测出任何物质的吸收系数。”[26]因此，该年年末罗西获得了研究结论后，密立根一直想要以公开发表的形式进行回应。
1700967189
1700967190
1933年12月，安德森与密立根通力合作，撰写了对计数器-微粒学说的反驳文章。[27]在文章中，罗西发现次级粒子是在初始粒子穿过时出现的；次级粒子同初始粒子的不同之处在于其穿透程度较为平均，约为1厘米。（回顾一下会发现，凭借这一事实初始粒子可以被认为是一种新型粒子，次级粒子被认作是电子。鉴于各种原因，这一确认花费了近五年时间。）安德森和密立根也意识到了次级粒子簇射的存在。他们连同当时的博士后学生尼德美尔（Seth Neddermeyer）和研究生皮克林（William Pickering），将该事实同这一重要的实验观察联系起来：粒子簇射的数量增多至多能穿透约1~1.5厘米的铅板。这一点在别处也很容易进行确认。但是，这四位加州理工学院的作者继续推断，粒子簇射的数量会随着铅板厚度的继续增加而增加。四位科学家总结称，罗西发现的巧合：
1700967191
1700967192
总体而言，并非由一个带电粒子穿透两个计数器和中部铅板引起的，很可能是由这一机理引起的：光子沿着运动路径或在路径附近陆续释放大量的不同种类粒子，这些粒子几乎同时对两台或更多验电器产生不同的作用，这才是观察到的巧合现象的产生原因。[28]
1700967193
1700967194
为了巩固己方立场，几位物理学家重申了密立根之前曾多次援引的、早于量子力学理论的原子核结构观点：正电子和电子位于原子核中，受到γ射线的碰撞后会喷射出来。他们称实验中发现的负粒子大大多于正粒子，因此实验对相对论性量子力学产生了不利影响。他们曾表示：
1700967195
1700967196
正如布莱克特和奥基亚利尼所解读的一样，（这一发现）貌似与狄拉克理论（电子对产生于入射光子）很难相容，强烈地指明了某种核子反应的存在，在反应中原子核的作用不仅仅是催化剂，而是更加活跃的角色。[29]
1700967197
1700967198
由此，密立根的宇宙射线观点之上笼罩了两朵乌云。首先，狄拉克的电子对理论与之前的物质粒子吸收理论产生了矛盾，布莱克特和奥基亚利尼的研究明确地支撑了狄拉克的观点。[30]其次，计数器和符合电路在玻特、科赫斯特以及罗西的实验装置中具有基础性的作用。由于电子对理论的影响，密立根在实验结论和能带理论间获得的一致性变得不堪一击。与之相反的实验说明了宇宙射线对物质的深层穿透力，对密立根海平面宇宙射线为光子的观点构成了威胁。
1700967199
1700967200
安德森、密立根、尼德美尔和皮克林对罗西、狄拉克、布莱克特和奥基亚利尼的研究进行了多方面的挑战，这也是密立根理论最后的坚持，虽然密立根本人一直没有放弃，在生命的最后时光里仍不懈地进行着理论改进。在密立根等四人的论文中，对密立根过去十年间一直强调的观点进行了最后一次重申：非量子性原子核、核电子和光子是初始宇宙射线的组成部分。但是他们构建的堡垒中正面临着多处坍塌。在之后的几个月里，狄拉克的电子对、纬度效应、高能电子和穿透微粒的观点均得到了广泛的认可。不久后，连安德森也公开背弃了密立根的初诞生理论假设。
1700967201
1700967202
[1] Anderson，thesis（1930）.
1700967203
1700967204
[2] Anderson，“Early Work，”Am.J.Phys.29（1961）：825.
1700967205
1700967206
[3] Anderson，“Early Work，”Am.J.Phys.29（1961）：825.
1700967207
1700967208
[4] Anderson，“Positive and Negative，”Phys.Rev.44（1933）：406-416.
1700967209
[
上一页 ]
[ :1.70096716e+09 ]
[
下一页 ]