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图4.4 1964年加尔加梅勒室建造流程图。此示意图中的每个任务都代表了比第2章或第3章所描述的实验更为复杂的建造项目。来源：Allard，J.F.，et al.，“Proposition，”foldout attachment.
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要想感知一下这些科学工程项目的范围，对某些要求的更加细致的检查应该是很有帮助的。以膨胀系统为例。必须设计一张能够附着在室内墙上的薄膜，以便将在里面的液态丙烷与调节液面压力的压缩氮气分离开来（见图4.5和图4.6）。薄膜表面的压力在60毫秒的时间里会在20巴到10巴之间变化，每1.4秒重复一次高压、低压循环。在最小限度的维护条件下，阀门、薄膜、管道与储液罐预期能够重复此循环2.5亿次。[30]
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从工程角度来看，类似的雄心还体现在光学系统中。传统意义上来说，气泡室会安装有大尺寸的窗户，在窗户旁边物理学家会安装跟踪记录照相机。因为按比例放大的普通设计的窗户在加尔加梅勒预计产生的压力下会破裂，所以设计了小的气孔。因此，光学系统必须能够承受极大的角度（110°）而没有任何大的变形。此外，为了保持室内磁场强度为20千高斯（地球磁场强度的1万倍），磁体必须占满整个室内，没有任何安放照相机的空间。因此，光学系统必须通过室内的气门以及磁体上的孔洞将图像传输到几码外的照相机内。（见图4.7和图4.8）。光学元件存在的室内，光学系统必须承受室内丙烷所产生的巨大压力。最后，镜头系统必须足够清晰，在气泡变得远大于十五分之一毫米之前，在液体内部深处拍摄到它们。[31]
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图4.5 加尔加梅勒膨胀系统。加压罐B为室内提供气态氮气，一张薄膜将气体与液态氟利昂和丙烷分离。当通向罐体A的阀门打开，室内处于减压状态。罐体C用于储存，罐体D用于调节其他罐体。
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图4.6 加尔加梅勒加压系统。识别元件请见图4.5。在此图片中，室本身由磁体和外壳掩盖。来源：CERN 150-04-71.
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在与奥赛工业关系部的工作中，负责加尔加梅勒光学系统的小组向多家公司寻求报价，并最终确定选择了索佩朗公司。这家公司是复杂镜头制造领域的专家。公司的工程师为法国海军和空军分别提供了潜望镜目标模拟器及用于侦查的光学器件。[32]在加尔加梅勒项目中，索佩朗公司有过针对相似模型制造光学元件的经验，并报价48万法郎（9.6万美元）于1967年7月完工。[33]
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图4.7 在磁体中安装加尔加梅勒室，1970年9月。来源：欧洲核子中心，X 32-9-70。
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图4.8 加尔加梅勒室内部构造。那是1970年的夏天，可以看到在安装薄膜之前，技术人员正在气泡室内部进行最后的调试。稍大的孔洞是用于光学系统通向照相机的；稍小的孔洞是用于气体进出以进行增压与减压的。来源：CERN，PIO/102-8-70。
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一项工程技术的创新通常需要其他工程技术的创新，对于光学系统来说就是这样。如上文所述，光学系统必须将广角镜头拍摄的图片通过各种聚焦镜片传输到照相机中。因为广角镜头能够接近运行轨迹，在磁场中带电粒子标准的螺旋形移动通常看似有尖顶与线圈。这些纯粹的光学畸变必须在分析阶段整理出来。还有一个问题是仅仅由室的大小所造成的：运行的轨迹经常从一个镜头的视野传到另一个中，这些得到的图片必须要经过调整。更难组合在一起的是在镜头的观察过程中，一种粒子会衰变为其他中性粒子，它们可能依次使带电粒子出现在另一幅图片中。此外，加尔加梅勒的8个镜头将它们拍摄到的图像投射到2条底片条上，在皮带轮上曲折蜿蜒。所有扫描投影仪都将特定时间中的8幅图像分类整理出来，因为同一事件中的图片彼此并不相连。最后，任何未来的扫描设备生产商必须同时满足加尔加梅勒以及另一部在建大型气泡室“米瑞巴尔”的要求。[34]
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与先前的扫描装置相比，电子、机电以及光学元件的复杂性大幅增加，使得加尔加梅勒团队再次在行业内公开招标。来自瑞典、法国以及英国的8家公司给出了订购9台装置的报价。在排除费用过高或者缺少必要服务项目的公司后，最终选择了萨伯公司。[35]该公司为瑞典军方制造飞机。自组建以来，该公司逐渐将业务扩展到生产导弹以及其他精密技术装备。根据该公司1969年年报，“军事技术活动仍旧是重中之重，并且为纯粹军事部门以外的发展提出了基本的要求”。[36]在计算机及机械工具与工业生产方法的控制系统方面取得了部分进展。在机电与电子光学系统方面的工业生产经验使欧洲核子中心或任何欧洲大学实验室能够承担任何艰巨的任务（见图4.9）。
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图4.9 加尔加梅勒室测量工作，1971年4月。投影仪将70毫米的气泡室胶片图像放大到一台扫描操作台上，在那里有一名操作员负责测量工作。她后面的电脑控制台在等待信息指令，例如，特定轨迹所需的额外测量。来源：CERN，151-04-71。
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仅在扫描操作台上就需要花费50万美元是非常昂贵的。连同确定轨迹位置所需的CDC 5100电脑，数据简化设备占据设备很大一部分开销。[37]这对于20世纪60年代中期的气泡室作业来说是完全具有代表性的。路易斯·阿尔瓦雷斯估计在1966年美国的气泡室小组拥有价值超过1500万美元的扫描与测量仪器，并且每年需要在设备的运行上额外支出1800万美元。在这1800万美元中，有1300万用于支付技术人员的薪水，剩余的500万投入到电脑分析。[38]在1967年召开的一次欧洲核子中心会议中，卢·科瓦尔斯基（Lew Kowarski）甚至提出实验的思想已经从根本上由“建立并运行设备”转变为“对数据的简化与分析”。[39]这一主题在我们讨论中性流实验的时候会格外清晰。
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数据处理在实验室整个调查工作中都占中心地位，并不是仅仅在实验结束后。数据处理已经成为装置本身的一部分。要弄清这个问题，我们需要回顾麦克斯韦对于物理装置最初的描述，并将其尽可能充分地应用到粒子物理学实验中。对于能量的来源来说，加速器的磁体与范·德·格拉夫（Van de Graaff）发电机肯定符合要求。作为传递能量的方法，真空管、偏转磁铁以及聚焦磁铁会非常适合。对于实验中的测量方法，气泡室、火花室以及热量计也一定会符合要求。因此，到目前为止，计划进展顺利。但在使用计算机与扫描设备归档刻度读数时，难题会随之而来。从某种高度受限制的意义上来说，确定粒子动量与能量类似于反映出的刻度读数，但很明显事实上产生的要更多。
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我们将会具体看到有多少实验证明的重担转移到了数据分析上。因为在这个阶段，针对不同背景分选信号时，20世纪的实验物理学已经最大程度上偏离了先前证明的概念。在麦克斯韦所提出的三类实验装置后，数据分析成为了第四类。长远来看，这可能会是20世纪物理学一次翻天覆地的变化。
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[1] 对于粒子加速器实验室发展的一些历史记录参见Livingston，“Accelerators.”Adv.Electronics Electron Phys.50（1980）：1-88；Goldsmith and Shaw.CERN（1977）；Day.Krisch，and Ratner.eds..ZGS（1980）；Needell.“Brookhaven.”Hist.Swd.Phys.Sci.14（1983）：93-122；Hoddeson.“KEK and Fermilab.”Soc.Stud.Sci.13（1983）：1-48；Seidel.“Lawrence，”Hist.Stud.Phys.Sci.13（1983）：375-400.两件粒子加速器历史中的重要事件正在发生。一是劳伦斯伯克利实验室，另一个是欧洲核子中心。关于以上内容的最初报道参见Heilbron，Seidel，and Wheaton.Lawrence（1981），and Hermann，Krige，Pestre.and Mersits.History of CERN（forthcoming）.
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[2] Pickering，Quarks（1984），32.
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[3] National Academy of Sciences，Perspectives（1972），vol.1，p.111.
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