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图4.1 中性流备选（气泡室）。包含此图像在内的来自加尔加梅勒气泡室图片的图像最初被错误地归为中子星。（在这些事件中，假定位于箭头末端的中子与原子核发生碰撞，创造右移的粒子簇。）稍后，很多此类事件被归为中性流事件，其中，不可见的向右移动的中微子从在质子与中子内部的夸克中散射出来，形成向右移动的强子簇射（强相互作用粒子簇）。图由保罗·缪塞（P.Musset）提供。
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图4.2 中性流备选（火花室）。在E1A火花室的图片中，像这样的图像被归类为在箭头末端与一个强子发生碰撞的向右移动的中微子的备选。起初，哈佛-威斯康辛-宾夕法尼亚-费米实验室小组怀疑中微子改变了电荷，进而成为一个以大角度偏离的μ介子。因此，此事件好像仅仅会产生强子。与图4.1中的事件一样，物理学家后来重新将此归为中性流备选，其中中微子从强子中发散出来，形成向右移动的强子簇射。图由劳伦斯·苏拉克（L.Sulark）提供。
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很大程度上源于这些实验的信心，物理学家开始推广预测中性流的统一规范理论。在20世纪70年代，理论家与实验者均在强、弱以及电磁相互作用规范理论的清晰表述与测试方面付出了巨大的努力。确实，在物理学的历史上，毫不夸张地说可以将20世纪70年代称为“规范理论的十年”。但是，实验者自己是如何开始相信中性流的存在呢？是什么说服了他们是在着眼于实际的效果，而不是机械设备的制品或者环境的产物？我们能否了解到大量粒子物理学的规模是如何影响终结实验的方式的？
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当然，理解这些实验的一个先决条件是讨论建造在20世纪30年代难以想象的大规模工业粒子探测器。此外，我们需要了解更多物理学家所坚持的实验与理论假设。最后，正如在μ介子与旋磁研究中那样，实验室操作不仅会通过获得的积极结果展现，也会以工作过程中产生的无数的错误线索与技术问题等方式为众人所了解。在这里，我们的任务与众多讨论中性流的综合物理学评论不同。[1]
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[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.
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实验是如何终结的？ [:1700965616]
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实验是如何终结的？ 高能物理学的规模
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20世纪30年代的宇宙射线实验在复杂的实验中开辟了新的领域。随着精密云室、真空管以及电子电路的发展，对于粒子相互作用细节的研究远远超出了麦克斯韦的想象，他曾对我们能否进入个体微观物理学现象研究领域不抱有信心。但在规模方面，从麦克斯韦的仪器到20世纪30年代宇宙射线设备改变并不那么显著。
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这样微妙的变化无法和宇宙射线物理学与20世纪70年代的加速物理学之间的差别相比拟。粒子物理学实验需要飞机库大小的实验区域，而非桌面或房间大小的装置。大多数建设于第二次世界大战之后的实验室在类似工业厂房的地方进行这些大型的实验。[1]直到20世纪70年代初期，已经有15个运行的主要高能加速装置实验室，其中8个位于美国，3个位于苏联，以及除跨国欧洲实验室——欧洲核子中心之外，位于欧洲的3个国家实验室。[2]仅在联邦政府资助的美国高能物理实验室，便有1700名物理学博士以及1200名研究生。[3]总计大约2200人构成了高能物理学领域领取薪水的劳动力群体，每年各方面需要消耗211700000美元，占联邦政府在物理学预算投入总数的三分之一。[4]
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实验者与理论家的一个区别就是人数。在热学、电学、磁学以及物理光学等传统领域，这两个团体相差1900人。虽然已经有一批包括普朗克和洛伦兹在内的纯粹的理论家；然而，对于大多数物理学家来说，进行实验是他们职业生涯中不可缺少的一部分。交替的竞争与协作，描绘了在原子物理领域内、正式始于1920年以后的理论与实验之间现代关系的特点。[5]即使在那时，理论家的数量仍然相对较少，并且在经济上和制度上完全依靠他们的实验室同事。
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随着量子力学的到来，两种文化之间的差距进一步拉大：理论家收获了足够成功并完备的全套工具，用以证明独立的存在性。在20世纪30年代，贝特、弗里、奥本海默、魏茨泽克、威廉姆斯以及玻尔等众多物理学家都以建立关于宇宙射线与核现象的理论以及培养新一代理论家为全职工作。在美国，理论物理学博士的论文数目大约徘徊在总数的10%：1930年99篇中有8篇；1931年98篇中有5篇；1932年112篇中有10篇；1933年127篇中有18篇；1934年111篇中有8篇；1935年149篇中有11篇。[6]直到1975年之前，这两类物理学家接受不同的培训，有不同的资助来源，并且在学科研究中以不同的方式前行。在基础粒子物理学领域，理论家的数量逐渐增加，到1968年，该数目略低于高级美国研究生总数的一半（682人中有316人）。[7]对于粒子物理学的学生来说，他们做出的选择给就业前景带来持续影响。博士研究期间选择实验或是理论基本上决定了其后博士后及可能的永久性职位的方向。[8]并且一旦这些学生成长为专业人士，仍有很大几率继续留在其所在的理论或实验文化，如表4.1所示。
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表4.1 实验与理论的连续性
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备注：撰写了两篇及以上弱相互作用文章的2075名物理学家中出版物的个数与几率。括号内表示几率的数字是除以总行数所得。Barboni.thesis（1977）.128.
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造成理论和实验的鸿沟加大的原因有很多，在此文中只会说明几个原因：第一，实验与理论技能要求更长期更专业的训练，无论是在实验角度的微电子学、低温学或者计算机，还是理论层面的群论或场论。这使得两个领域间的转化愈发困难，容易在每个单独专业身份的团队中营造一种感觉，使年轻的学生和研究生招生委员会更难辨别谁更适合哪个领域。第二，来自加速器物理学的需求开始对实验者与理论家造成空间上的隔离，即使有许多大型设备努力在加速器中保留理论组。第三，在第二次世界大战后的几十年里，实验的时间跨度从几个月增加到许多年，这进一步使得实验者脱离理论家。因为实验者有全职的工作，一直致力于他们大量的科学与工程项目，而那些倾向于关注问题领域技术的理论者经常会在一年的时间内改变研究课题。
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尽管之后众多加速器为物理学定下了基调，首批加速器并没有在实验者的直接工作中带来颠覆性的影响。在接下来的几年中，他们仅仅是将云室与乳剂从气球和山顶移动到了大型机械设备中。1952年，唐纳德·格拉泽（Donald Glaser）发明的气泡室替代云室后不久，一切都发生了改变。在路易斯·阿尔瓦雷斯和伯克利团队的控制下，气泡室引领了一个新的方向，粒子探测器的尺寸大幅增加到与加速器本身相同的程度。[9]
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在敏感状态下，气泡室含有温度略高于沸点的密闭液体以及足够的压力来避免形成气泡。当压力释放后，液体呈亚稳状态，在波动或干扰开始析出气体时即可沸腾。通过液体的带电粒子沿着运行的轨迹沉积热能。热量轨迹引起沸腾，形成了带电粒子穿过气泡室轨迹的视觉影像。这些气泡轨迹的图片提供了永久的记录，可以通过分析来确定动量、质量、衰变产物，以及原始粒子的特性。[10]
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许多不同种类的液体可以用于气泡室中，每种都有各自的优势与劣势。格拉泽在他最初的1立方米大小的容器中选择使用了乙醚，因为在接近室温的条件下，该液体很敏感而且并不太危险。在随后的几年里，有些工人开始使用液态氢，因为其原子核中只有一个质子。这意味着，当使用氢时，实验者将不需要考虑在较重的原子核中质子与中子间所发生的复杂的相互作用。不幸的是，液态氢是很危险并且很难保持液化状态的，因为它要求的温度条件处于仅比绝对零度高几度的范围内。
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除了更容易控制之外，重质液体室有着更强的阻止本领，使得在室中能够产生更多的相互作用，并且光束粒子在视野范围内更有可能衰减。增加的相互作用对于中微子物理学是特别重要的，因为这些粒子的截面特别小。同时，不可见的光子在转化为可见的正负电子对之前，在重质液体中的移动距离小于在氢中的移动距离。因此，此室一个额外的优势是其探测γ射线的能力，此能力加强了复杂相互作用的重建。例如，衰变为两条γ射线的中性介子非常频繁地产生于中微子相互作用中。在氢气泡室中，γ射线会无法探测，而在重质液体室中，可以看到正负电子对，重建γ射线轨迹，并进而推演出中性介子的轨迹。有人已经为高电荷重液核子的强阻止能力付出了代价。重液核子将带电粒子分散，贯穿整个气泡室，并且带电粒子古怪的路径使得精密的动量测量更加困难并且不太精确。
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在格拉泽使用首个气泡室后的十年内，实验者们建造了1立方米或者体积为拉格泽气泡室原型100万倍大的重液气泡室。一支来自巴黎综合理工学院的粒子实验者团队通过建造一系列丙烷以及氟利昂室为这些发展做出了贡献。1960年，在欧洲核子中心，他们操作了一台世界上最大的重液室之一。[11]凭借这些项目，在1963年的夏天，法国的物理学家开始筹划建造一台他们称之为“加尔加梅勒”的巨型装置，这台装置是以古代巨人卡冈都亚母亲的名字命名，体积为12立方米。实行此类工业规模的项目必须要专业的工程投入，这点我们稍后会提到。但在任何此类建设开始之前，建设的想法必需通过欧洲核子中心逐个层级组织的筛查。
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