打字猴:1.700968449e+09
1700968449
1700968450
1700968451 实验是如何终结的? [:1700965623]
1700968452 实验是如何终结的? 中性流真的存在吗?
1700968453
1700968454 在1972年4月,拉加里格将中性流研究视为中微子项目三大主要目标之一。正如在他给当时的欧洲核子中心负责人威利巴尔德·延奇克(Willibald Jentschke)所写的书信中写道:“在温伯格的理论发表以后,每个人都渴望知道中性流是否真的存在。”[1]中性流研究,始于1972年1月的加尔加梅勒,到了1972年春季末期,对于整个写作团队的许多物理学家来说已经成为研究的核心领域之一。然而,有部分个人就该实验是否会肯定或驳斥温伯格的理论以及是否应优先追踪轻子或强子的通道等问题持不同意见。例如,在那年秋季,查尔斯·巴尔戴(Charles Baltay)、坎迪、费斯奈尔、珀金斯、米亚特以及豪尔赫·莫芬(Jorge Morfin)几乎将注意力全部放在单电子的研究上。[2]
1700968455
1700968456 当然,子组之间并不是完全封闭的。例如,珀金斯对在强子组的数据所产生的异常巨大的影响表示十分担忧,而他从痛苦的经历中了解到一个人能够轻易地被夸大的关于中性流的限制强度所欺骗。在牛津,珀金斯用钢笔给坎迪写了一篇技术备忘录。目的是:
1700968457
1700968458 鼓励协作团队中的人员仔细研究中性强子弱电流的问题,因为:①很可能会有明显的效果;②证明中性流存在的条件要(比在欧洲核子中心古老的气泡室时)更加优越。这会产生很大的影响,大到在加尔加梅勒细致系统的分析,通过采用室中获得的相互作用的位置以及事件更加清晰的统计数据,应该能够首次证明中性流的存在。[3]
1700968459
1700968460 巴尔戴给予了回应,声称他仅凭借低能量的μ介子就能解释过量的中性流事件。从第3章我们能够明确,μ介子,与强子不同,对其特点最精确的描述便是其能够穿透大量物质的能力。因此,在加尔加梅勒实验中(众多实验的典型),μ介子备选通过其穿过整个探测器的能力被识别出来。然而,如果有某个移动特别慢的μ介子产生于室内的相互作用并且停留在氟利昂中,它就会被误认为是一个强子。错误的是,扫描仪与物理学家会将该事件列为中性流的例证,而这却仅是荷电流物理学中一个再普通不过的例子。珀金斯怀疑所有的事件都能用这种方式来解释,因为早先的欧洲核子中心气泡室数据显示几乎没有低能量μ介子事件发生。“简而言之,”珀金斯写道:
1700968461
1700968462 我认为你的解释没有作用,并且我仍旧无法解释过量的中性流事件,尽管我当然不会去断言他们证明了中性流的存在。要提供最终的解决方案(如果有的话),当然需要对早先所得数据给出令人满意的解释。[4]
1700968463
1700968464 可以看出,珀金斯在努力克服一种不会自行慢慢消失的影响。然而,该现象涉及麻烦的假设,以及反驳他自己早先在欧洲核子中心做出的实验结果的显著困难。对不存在中性流这一传统观点的信任已经面对挑战但未被动摇。巴尔戴,像几名协作团队中的其他成员一样,保持了对轻子研究的狂热并继续在15英尺的费米国家加速器实验室气泡室从事关于中性流的研究。
1700968465
1700968466 缪塞、普利亚以及米兰代表团继续致力于强子通道的研究。在1972年6月,普利亚代表加尔加梅勒协作团队出席在匈牙利巴拉顿菲赖德召开的会议,在那里他做了一份关于强子中性流研究的进度报告。虽然他拒绝冒险对该影响是否会持续下去给出一个明确的判断,但他相信加尔加梅勒团队最终会计算出中子背景。[5]
1700968467
1700968468 在1972年7月,中性流研究小组对中性流问题已经产生了足够浓厚的兴趣,他们在巴黎召开了一次特别会议,与会人员没有包括其他中微子协作团队的成员。他们的目的是为将于1972年9月在伊利诺伊州巴达维亚的国家加速器实验室召开的一次会议准备报告。[6]在巴黎会议开始前,组织者要求所有中性流备选的图片提前发送到欧洲核子中心。该子组希望通过此举来统一用于区分荷电流事件与中性流事件的标准。遍布欧洲的7家实验室所承担的一项重要任务是处理加尔加梅勒的胶片。处理数据卡以针对总的纵向和横向动量以及位置绘制事件能量的分布。通过积累这些卡片并将信息录入数据汇总磁带,该小组希望一探有统计意义的背景问题。
1700968469
1700968470 对于整个小组来说,一个决定性论据的意义要远大于1972年初的首批猜想。通过改变普利亚报告中所采用的策略,强子研究小组放弃了相对罕见的介子形成的事件。反而,他们选择直接将注意力放在数量更多的一类事件中:中微子+(中子或质子)→中微子+任何事。
1700968471
1700968472 在1972年的巴士底日当天,巴尔戴、卡梅里尼、弗莱、缪塞、奥苏拉蒂以及普利亚,连同会议方案一起,书写了一份完全关于中性流问题的备忘录。[7]该子组成员建议他们最好能够将中微子从高能量的中子相互作用中单独分离出来,因为他们预计中子所含的能量大量少于中微子。简单地说,这是因为中微子是粒子束中的主要粒子,而中子是当中微子撞击核子时从核子中释放出来的。从已经得到的数据中该子组可以看出核子中放射出的质子(作用很像中子)仅含有中微子原始能量的一小部分。并且根据不受格拉肖-温伯格-萨拉姆理论支配的理论,核子内部质子与中子的相似之处在理论上很好理解。
1700968473
1700968474 该研究小组选择数据的精简方法是否因此依靠某种理论?是的,在某种意义上说,能量精简确实产生于新的理论。也就是说,没有新的弱电理论,此特定的现象领域可能不会被挑出作为研究对象。做这样精简绝不会保证中微子备选的数目会超过预计的中子诱发事件数目。此精简开拓出一片新的现象领域。在那个领域中,新的理论使能够发现中性流备选看似是合理的,但早先的理论则表明无法发现中性流。类似精简方式对于粒子物理学家所掌握的技巧来说,就像安排设备或评估粒子运行轨迹一样基本。每一层次的精简都要求实验的判断;每次都是必要配置的工具,用于从噪声中分离出信号。
1700968475
1700968476 到了1972年7月末,强子研究小组的注意力完全放在能够伪装成中性流的背景上。有5种结果让该团队担忧:
1700968477
1700968478 (1)中性粒子可能随着粒子束进入室中并在室中发生相互作用。
1700968479
1700968480 (2)中微子在室的周围产生的中子或中性K介子可能会进入室中并发生相互作用。
1700968481
1700968482 (3)宇宙射线产生的中性宇宙射线或中性粒子可能会带来不良影响。
1700968483
1700968484 (4)荷电流事件可能会产生不够活跃的μ介子,他们可能会停留在液体中被误认为是强子。
1700968485
1700968486 (5)中性K介子,在室内两种形式间来回摆动,可能会大幅延长穿透距离,远超原来天真的预期。
1700968487
1700968488 不是组内的所有人都同样担忧所有这些问题。例如,弗莱特别关心K介子再生的可能性(上述提到的背景5),也没有人因为宇宙射线而受到拖延,并且每个人都感觉有义务去解决慢速μ介子以及中子的问题。
1700968489
1700968490 1972年7月14日发表的子组报告的作者们认为可以通过几种方式来估算慢速μ介子的数目。首先,它们的数目能够半理论化地从标度假设中得到,但这有些牵强,因为在加尔加梅勒内发生的碰撞是中微子,要比之前在斯坦福直线加速器中心研究的电子能难理解。因此,此方法相当于是对部分子假设的推广,并使计算出的背景减少量达到大约为荷电流事件的2%。其次,在丙烷中,慢速μ介子比在氟利昂中更容易识别。并且在丙烷中拍摄到的照片显示慢速介子背景大约占到3%。
1700968491
1700968492 该子组采用了另外两种方法去除慢速μ介子背景。一种相对原始的技术是废弃所有短程的负极轨迹,构成该轨迹的粒子无法作为已知粒子被识别。更微妙的是,可以使用一套结合计算与测量的方案来为隐藏μ介子污染物的数量设定上限。丙烷在加尔加梅勒中流动的过程中所拍摄到的图片显示出μ介子频谱以及核质子从液体中捕捉低能μ介子的比率。理论给出了μ介子捕捉衰变粒子的比率,因此衰变粒子的数目能够立即被计算出来。因为慢速μ介子的总数等于捕捉到的数目加上衰变粒子的数目,所以备忘录的作者们知道在给定能量下存在多少μ介子。这为中性流备选中的“隐藏μ介子”中微子事件设定了上限。最后,该子组为记录中性流备选建立了一套标准系统。在扫描仪检查事件后至少会有一名物理学家对事件进行检查,并且一点一点的,数据会被搜集到一起,以为计划于1972年9月召开的巴达维亚会议做准备。
1700968493
1700968494 在那次会议中,珀金斯从他的角度总结了整个小组的工作。要注意他对强子与电子中微子实验未来前景的评估,因为这反映出他纯粹依靠轻子而非强子数据的决心。
1700968495
1700968496 就温伯格的理论而言,最具决定性的以及明确的证据一定来自纯粹的轻子反应。因为强子过程涉及可能包含未知抑制效应的强相互作用的细节。
1700968497
1700968498 在这里我们可以看出应用于核子的进一步证明并没有让珀金斯感到满意。同样地,其他的实验,例如弗雷德·莱因斯(Fred Reines)对反应器中中微子的研究,对于珀金斯来说,
[ 上一页 ]  [ :1.700968449e+09 ]  [ 下一页 ]