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斯特里特认为穿透粒子是电子,因此他继续对簇射粒子的本质特性进行探究。1936年1月,他和史蒂芬孙得出了结论;两人自宇宙射线中随机抽取“电子”,将其产生簇射的概率同“簇射电子”(他们认为这是另一种物体)产生簇射的概率进行了对比。前者仅仅是千分之二,而后者将近25%。[15]
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安德森和尼德美尔也对“随机选择”的电子进行了测量。因此,到了1936年他们两人和罗西、史蒂芬孙、斯特里特一样,也知道了贝特-海特勒理论描述的电子是无法同实验情况相符的。此时两人已经取消了所有的限制条件,这样写道:“很明显,或者吸收理论在1000兆电子伏特以上的能量面前会失效,或者这些高能粒子根本不是电子。”[16]在书信中安德森再次向海特勒保证它们肯定是电子:“正如我们所了解的那样,高能粒子必然较理论所容许的程度具有更强的穿透力;鉴于所有的证据均显示它们不可能具有质子质量,很显然该理论在400兆电子伏特之上的某个能量值处开始失效。”[17]
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[1] Anderson,“Early Work,”Am.J.Phys.29(1961):828.
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[2] Street,interview,October 1979;Rossi,interview,5 September 1980.
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[3] Blackett,Cosmic Rays,Halley Lecture(1936),23.
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[4] Cassidy,“Showers,”Hist.Stud.Phys.Sci.12(1981):1-39.
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[5] Street,interview,October 1979;Street and Beams,“Electrical Discharges,”Phys.Rev.38(1931):416-426.
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[6] Rossi,“Magnetic Deflection,”Phys.Rev.36(1930):606.
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[7] Johnson,“Azimuthal Asymmetry,”Phys.Rev.43(1933):834-835.Alvarez and Compton,“Positively Charged,”Phys.Rev.43(1933):835-836.Rossi,“Directional Measurements,”Phys.Rev.45(1934):212-214.
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[8] Street,interview,October 1979.
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[9] Street,interview,October 1979.
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[10] Street,interview,October 1979.
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[11] Blackett and Occhialini,“Photography,”Nature 130(1932):363.
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[12] Stevenson and Street,“Nature,”Phys.Rev.47(1935):643.
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[13] Street and Woodward,“Production and Absorption,”Phys.Rev.47(1935):800.
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[14] Street,Woodward,and Stevenson,“Absorption,”Phys.Rev.47(1935):891-895.
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[15] Stevenson and Street,“Selected Showers,”Phys.Rev.49(1936):427.
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[16] Anderson and Neddermeyer,“Cloud Chamber,”Phys.Rev.50(1936):263-271.
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[17] Anderson to Heitler,21 May 1936,BC,box 3.
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实验是如何终结的? 重组现象
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在数年间,斯特里特和安德森这两个研究群体一直都因为“随机”电子和“单个”电子(斯特里特)或“红绿”电子(安德森)观点间的概念性和实践性分歧进行着苦苦的思索。然而,他们长期的深思熟虑却迎来了一个戏剧性的结果。在宇宙射线物理学的基本问题上,两个群组均是严重地本末倒置的。安德森和尼德美尔现在试图确定较低能的穿透粒子是否实际上是质子。在提出了“什么是穿透粒子”这一问题,并假设簇射粒子是电子时,他们在这一问题上舍本逐末了——假设穿透粒子是电子,那么什么是簇射粒子?由于当时的量子论能够成功地描述最初看似是本质性的新现象(簇射),新物理学越来越多地显示出了与之前的“普通”现象——带电粒子的深层穿透性间的联系。
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简而言之,在1936年中期,美国东西海岸的两个研究群组均将簇射和穿透粒子进行了概念性的区分,这样的怀疑日益增加:问题存在于穿透粒子之中,是它不符合电子穿透物质的量子论。
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但是怀疑不等于证明,想要证明簇射粒子是“贝特-海特勒”粒子,需要的是黑板上的演示,而非仅是实验室中的研究。理论物理学复杂程度的增长是如何使得模型建立成为量子场“高深理论”与日常实验观察间的必要环节的,接下来的故事片段为此提供了一个极好的范例。密立根理论或理查森的计算中几乎不需要理论专家,量子物理学与此不同的一点在于,许多范例中的现象学计算深深地影响了结束实验的决定。正如我们将在中性流实验组中了解到的那样,若没有这些计算,一般理论与实验家数据之间的鸿沟在一开始是无法跨越的。为了在理论与实验间架起桥梁,理论家卡尔森和奥本海默着手建立了簇射模型。
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