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需要注意的是这一结论中暗含了多层的论证：基于量子论的论证、基于质量测定的论证以及基于簇射和穿透粒子之间区分性的论证。在后文中我们将在更深层次上对这一结论进行分析。
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现在让我们回到斯特里特和史蒂芬孙的研究中来，两人几乎同时（1937年4月）得出了相似的结论，但是两人的推论却不尽相同。他们的论证包含两个部分：首先，作为博士论文的一部分，富塞尔使用厚度约为0.07厘米的极薄板进行了簇射研究。[4]他希望凭此可以打碎簇射轨迹的复杂网络（见图3.8），对更为简单的部分进行研究。他在论文中写道，薄板将“通过实验途径在（量子电动力学）和认为簇射是由单个元素过程形成的早期（模型）间进行判断”。[5]我们可以真实地看到，如同卡尔森和奥本海默预测的那样，簇射是如何由电子对积累构建起来的。部分电子对的上方甚至存在空白区域，同光子的通过状态相符。富塞尔总结称，观测对簇射的辐射和电子对形成理论给予了强有力的支持”[6]（见图3.12）。
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图3.12 富塞尔使用薄板进行的簇射分析（1938年）。斯特里特试图对贝特-海特勒理论进行检验，他利用量子力学对带电粒子穿透物质时的能量损失进行计算。他令学生富塞尔将极薄板安装于云室中，若“爆丛”是由元素过程复合而来，那么在复合形成时可以进行研究。正如这一（立体）照片显示，构造的过程呈阶梯式出现，同量子电动力学的情况一致。一小部分的爆丛貌似是由单个点中产生的。来源：Fussell，thesis（1938），85.
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斯特里特之后转向了对宇宙射线穿透性部分的范围、能量和簇射能力的研究，对贝特-海特勒-卡尔森-奥本海默理论对簇射构成成分的解释能力具有完全的信心。[7]如图3.13所示，使用了双重云室来捕捉“新型”粒子。上方的云室显示出粒子的动量以及粒子是单个粒子还是簇射的一部分；计数器用于触发云室扩张；下方的云室显示出粒子是否会产生簇射。斯特里特将研究结果列入表格，结果显示与量子论所认为的相同动量电子相比，穿透了6厘米厚铅板的非簇射粒子数量是其的10000倍。不仅如此，斯特里特非簇射粒子中的许多粒子具有的能量可以同1936年安德森测量出的能量相提并论。[8]一方面而言，两种粒子的穿透能力完全不同。斯特里特总结称自己发现的粒子并非电子。另一方面，非簇射粒子的电离作用太弱，不可能是质子。这些穿透性微粒确实应该是“物理学的陌生领域”。
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图3.13 斯特里特和史蒂芬孙的范围能量损失实验装置（1937—1939年）。左图为侧面图，右图为正面图。C1、C2、C3和C4是四个盖革-穆勒计数管，触发两个云室Ch1和Ch2产生同时扩张。云室Ch1位于7000高斯的水平磁场中，用于测量粒子动量。Ch2中有三块铅板（阴影部分），用以辨认产生簇射的粒子。斯特里特使用这一复合装置来论证：同种能量条件下存在两种粒子，一种产生不具穿透力的粒子，另一种不产生簇射但具有强穿透力。产生簇射的粒子的表现与贝特-海特勒理论的观点是一致的。来源：Street，“Showers，”J.Franklin Inst.227（1939）：778.未经培格曼期刊有限公司允许不得转载。
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詹姆斯·巴特利特（James Bartlett）是一名来自伊利诺伊州的理论物理学家，造访了特普林斯顿高等研究院之后他立刻写信给斯特里特，对其研究结果进行了质疑：“总体来说，我觉得仅凭理论上的停止作用曲线就将质子排除在外是有相当大的风险的。”[9]1937年5月，斯特里特以信心满满的断言反驳了巴特利特：“质子被排除是毋庸置疑的。”[10]然后他又再次证明了电子论的不成立，详尽地计算了多种已知的质子轨迹具有的能量。
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贝特的《手册》（Handbuch）中认为低能质子（约100兆电子伏特）无法穿透1厘米以上的厚度，但斯特里特的实验中有6个粒子均能穿透6厘米以上的厚度。在中等距离内，30个粒子中有26个穿透的深度要大于质子的水平，“为了得出最终结论”，斯特里特称电离作用明确显示出部分粒子是质子，它们的穿透深度要浅于贝特“权威著述”中认为的深度。因此，巴特利特重新进行了实验，认为停止曲线“仅具有”理论性。斯特里特对此进行了反驳，他论证称被独立地辨认为质子的粒子是符合贝特-海特勒的质子公式的。
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此外也存在着其他与质子具有相同能量的粒子，它们的电离程度明显较小，穿透深度更深（见图3.14）。“我认为，”对自己的辩护之辞斯特里特这样总结道，“这些观测结果是新型粒子存在的充分理由。”
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图3.14 对质子论的反面论证。图为斯特里特和史蒂芬孙于1937年开始的实验中获得的典型照片，实验使用了图3.13中的两台云室装置。左侧为质子，右侧为新型粒子。上方的云室位于磁场中，轨迹曲率显示两种粒子的动量是相同的（6千亿电子伏）。下方的云室中装有铅板，当新粒子在最小电离情况下穿过三块1厘米厚的铅板时，显示出的质子轨迹十分密集，并且轨迹在经过首块铅板时消失了。在上方的云室中可以看到两种粒子的电离情况并不相同。来源：SP.Cf.Street，“Developments，”in Present state of Physics（1954），32.
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虽然使斯特里特和史蒂芬孙确信新粒子存在的是范围能量实验，但是他们被人们所铭记并非是由于这一研究。斯图尔特也能够设计一系列的计数器，拍下任何穿透厚铅板的事件照片，但是他未能在云室中完成这一过程。事实情况是由于粒子靠近其轨道尽头时移动速度十分缓慢，足以因磁体作用而产生偏转，因此有机会测量其质量。在拍下了近千张照片之后，1937年10月斯特里特和史蒂芬孙成功地发现了一个停止穿透粒子。几周后他们公布了该张照片。照片中密集的电离和曲率轨道显示，粒子的质量是电子质量的130倍，许多物理学家都对这张不平凡的照片感到信服。贝特也加入了支持者的行列，并在次年3月报告布莱克特称，新粒子的证据具有了决定性的说服力：“貌似我不得不相信（新粒子的）存在”。[11]在那之后，多篇文章都引用了图3.15中的照片。[12]
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图3.15 停止μ介子。μ介子运动缓慢以至于可以测量其电离作用和动量的首张照片。μ介子轨迹呈现弯曲形状，照片的右上方象限中有轻微模糊。基于这些数值，斯特里特和史蒂芬孙推导出了μ介子的质量：M~130 Me。来源：哈佛大学物理系图片档案馆。照片详图收录于：Street and Stevenson，“New Evidence，”Phys.Rev.52（1937）：1003-1004.
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全世界的物理学家都见识到了这张惊人的图片。弗里将其复印品带到了英国学会会议上，给与会人群留下了相当深刻的印象。对于很多人来说，仅这一张图片证据就已经具有了足够的说服力。但是，对于斯特里特和史蒂芬孙而言，真正将他们的实验带到尽头的是范围能量关系。用斯特里特的话来说：
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我一直认为这是最合理、最具说服力的方法，但对于外行听众而言这并非是最具说服力的。你必须先研究这一主题并进行深入思考，最后想出测量质量的办法。但如果能花一点时间来研究它，你会发现它具有令人信服的能力。[13]
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提及照片时，他又表示：
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在范围末段显示密集轨迹的这张照片对我们而言，仅仅就像是大家为示范演讲所做的准备一样，是必不可少的。问题仅仅在于如何完成这一准备。我之所以认为不该过分地依赖它，还是因为我们只获得了一两张（的照片），而任何事件都是有可能发生那么一次的，所以在这一点上我们对实验并不是十分满意。[14]
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在某种程度上，斯特里特的怀疑是源自于对计数器的信任，计数器不仅给出了数以千计的数据点，同时也指出了为数众多的虚假事件。毋庸置疑，观察到一些突然间断性地失去能量的孤立轨迹之后，他也变得谨慎了。在1938年夏天给弗里的信中，他表示每12个停止粒子中就有1个会出现这样的状况，违背了新粒子要遵循的范围能量关系。但是，斯特里特又表示：
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我认为这些明显的停止现象是由照明缺陷、较差的几何结构和散射等引起的。新的装置应该可以解决这些问题。在任何情况下，我都无法相信对这些停止的观察精确度，除非它们的出现频率是比十二分之一还要大的巨大值。当然对穿透的观察是安全的。[15]
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沿着这一研究进程，在1938年8月写信给弗里的信中斯特里特称，使用了新型18英寸云室后，“我们应该能尽快获得一些效果较佳的簇射照片，显示出五块1厘米厚的铅板中的显影。这实际上只不过是一种噱头，我们会将它放置在磁体下方，很快再次转向对范围的研究”。[16]对于斯特里特和史蒂芬孙而言，具有说服力的、可以将实验推向结尾的证据只能是来自于已谨慎校正过的计数器积累的大量统计资料，这些计数器被单独插入符合电路或与云室一起被插入电路中。10年间积累下来的电子仪表经验在斯特里特的论证方式中留下了印记。
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[1] Typescript of Science Service Report.12 November 1936.Draft of Anderson to Hoddeson.September 1981.Anderson to author，11 November 1984.
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