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(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。
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(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。
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(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。
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(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。
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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。
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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%。
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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。
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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。
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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。
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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,
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都会被严重的背景问题所困扰。即使是在未来得到改进的实验中能够探测到清晰的信号,为了推翻温伯格的理论,有必要证明观察到的信号比率在近似限制范围内符合V-A预测。很难相信精确度能够达到20%以上。[8]
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通过对比,珀金斯指出中微子-电子的碰撞是“更有希望发生的,因为μ介子-中微子电子发散的事件中获得的信号将会是中性流特定的迹象”。这就是珀金斯认为加尔加梅勒团队应该全力紧密追踪的不在强子区的信号。他继续说道,“迄今为止,在欧洲核子中心的加尔加梅勒试验中,预计仅涉及轻子的中性流事件数在1到9之间,但目前没有一个被观察到。如果在剩余的实验中,还是没有观察到任何中性流事件,这会成为推翻温伯格理论相当决定性的证据”。
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珀金斯理论以高举反对接受任何“表面是简单的图片,例如夸克模型”去解释质子与中子的内部结构的旗帜终结。凭借引用伏尔泰的言论,他以一段文采飞扬的文字结束了他的演讲,这段文字的目的很明显是要约束他的同事,不要过于认真地看待物质的内部结果:
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那些为宇宙秘密建设建造系统的哲学家们,就好像去过君士坦丁堡的游客在讨论苏丹的宫殿!他们只看到了外面,却声称知道谁是苏丹的宠妃。[9]
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并不是协作团队中的每个人都同意珀金斯的警示。很可能是协作团队内该部门的一部分,许多成员能够生动地回忆起的内容并不是基于是否应该研究中性流,[10]而是所处的过程。的确,在1972年秋季,每个子组都在进行各自的数据分析,并完成冗长、通常令人沮丧的任务,其中有数以百计需要比较的事件、大量需要修改的定义以及需要调整的标准。到1973年1月,缪塞及其他成员已经搜集了足够的数据来在美国物理学会于纽约召开的会议上展示他们的发现。
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缪塞演讲的重点几乎完全是关于中子背景问题。他的数据是以荷电流事件的数目、中性流事件的数目以及关联事件的数目这种形式呈现,针对在气泡室中的纵向与横向位置绘制分布情况。像许多早先讨论的内部研究一样,缪塞的目标是证明事件在整个设备的容积范围内发生得相对均匀,像中微子事件而不像中子诱发的事件。这不是最可靠的检查,但在当时,很少会有关联事件去研究。部分原因是研究小组提高了强子最低能量要求以便排除中子诱发的事件并在过程中发现大量不合格的数据。默认的空间分布,承担着主要论据的重担(见图4.24)。[11]
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图4.24 早期加尔加梅勒数据:中微子的证据?缪塞在1973年1月美国物理学会于纽约召开的会议上用幻灯片展现了这些初始的加尔加梅勒数据。每张图均描述了3种类似中微子事件之一的空间分布。尽管缪塞没有做出任何发现声明,但这些图标的目标很明确是要说服听众中性流备选的表现(NC)就像真正的中微子事件。中性流备选均匀地分布在空间中,就像他们会在真正的中微子相互作用中那样。#CC代表荷电流事件(存在μ介子)的数目;#NC代表中性流事件(无μ介子)的数目;#AS代表关联事件(见图4.22所给出的定义)的数目。来源:MP.
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在缪塞发表言论的时候,该研究小组相信他们的论证已经发展到能够在协作团队外从正面角度去讨论影响,但他们不能确定所得数据是否高于中性流与荷电流事件比率的上限。[12]在演讲结束后,伊曼纽尔·帕斯克斯叫缪塞与他一起讨论新的研究成果。
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仅仅在几周之前,帕斯克斯和沃尔芬斯泰因已经根据温伯格模型,针对普利亚、缪塞、拉加里格以及强子研究小组正在研究的信号公布了理论限制。[13]这两位理论家因此掌握了缪塞自1971年11月首次见到朱米诺后便一直想从理论家身上获得的成果。例如罗伯特·奥本海默的簇射模型,通过架设部分子的存在,中微子的计算将高阶理论与实验者能够使用的数量联系起来。
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帕斯克斯自己的陈述明确地将中微子实验解读成为中微子与夸克的相互作用。不像珀金斯那样,帕斯克斯会反复思考隐秘位置的奥秘。关于部分子没有任何单一证据会具备说服力,但
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将它们组合在一起就好像是拼好了一副拼图,并且可能在能量大10亿倍的条件下出现汤姆森所描述的质子。释义所引证的汤姆森的内容,“这些实验与理论思想开拓了新的研究领域,这是我们信心满满所希望出现的,会对两个基本问题提出很多见解:强子的结构与弱相互作用的性质是怎样的”?[14]
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帕斯克斯和沃尔芬斯泰因估算中性流事件在荷电流事件中发生的概率超过18%。这样的比率,恰好位于先前的上限值,对于加尔加梅勒团队来说,已经大到足够掌控。如果这两位理论家是对的,加尔加梅勒正面临一个几乎令人难以置信的巨大效应:与先前的K介子限制相比,中性流的出现频率高100万倍。
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[1] Lagarrigue to Jentschke,12 April 1972,LSP.
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[2] Cundy and Baltay,“Leptonic Neutral Currents,”CERN-TCL,11 July 1972.
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