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1700969402 新的穿通计算结果在曼恩的解释过程中起到了作用。1974年1月末,他面向协作组成员以公开备忘录的形式展示了自己新的态度:
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1700969404 看起来我们的扫描标准和基准区域段事实上将绝大多数的疑问事件都除去了。由后附的副本中可见,在最终样本的328至332操作中,13次N事件(中性流对象事件)中有8次是“值得考虑”的。[7]
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1700969406 发表的延迟还有另外一个原因。2月26日,奥贝特、福特、伊姆利、林和梅辛传阅了一份手写的备忘录,要求获得更多的研究时间。
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1700969408 在一周左右的时间里,我们将以几近自由穿通的方式,仅通过SC4获得数据分析所需的测量值。鉴于我们几乎完全没有依赖蒙特卡罗法……就测出了(穿通概率),我们将等待一段时间,以便将这一分析添加到论文中。[8]
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1700969410 苏拉克表明,哈佛和加速器实验室项目给出的预测是别无二致的,这时甚至连蒙特卡罗法本身也受到了强化,“之前的不同点……可能是由于直方图研究中或几何常数中的不同造成的”。[9]
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1700969412 根据这些备忘录的基调和背景,这些原因很明显不是用于说服小组成员的——直到2月末,人们都相信中性流不会“消失”。这样的最终论证更像是为了将对计算机模拟计算量的依赖程度减至最小,进而支撑已公开的论文。在举行了数次小组会议之后E1A第二版几近完成,小组打算将最初的哈佛论文进行发表(不含对统计显著性或不同角度段的论证),仅将论证了早期发现的额外工作加入到文章中。[10]
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1700969414 1974年3月中旬,针对改进后的实验,小组完成了论文的撰写,文章题目为《对无μ介子中性流感应非弹性相互作用的进一步观察》(“Further Observation of Muonless Neutrino-induced Inelastic Interactions”),并投稿给《物理评论快报》。[11]到这时为止,新证据可以简明地概括为图4.49和图4.50中的9幅图表。图中和说明文字中使用的大部分标志仍沿用前文中的定义。AEBC标明了带能量触发装置的计数器A的反符合电路,以及计数器B和C的符合电路。[12]由上行方向的顶端起计,SC4是第四台火花室。Eμ表示μ介子探测器的几何效率,即:每个到达探测器的μ介子均被记录下来(在过大角度处的部分出口)时,将被捕获的μ介子的百分比。
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1700969419 图4.49 1974年发表的E1A数据第一部分。E1A在第二次中性流研究结果发表中提出的证据。(a)(针对所有强子能量)伴随AEBC事件测出的强子穿通概率εP与Z(由下至上方向计算出的火花数量)的函数图像,以及(实线表示)基于其他实验的预期的分布形状;(b)(Z为5—12之间时)测出的穿通概率,是强子能量与预期变化的函数图像;(c)SC4测出的、修改后的μ介子角分布与预测分布的对比图;(d)观察到(未逃脱的)μ介子的事件的百分比,事件顶点位置的函数图像。(d图上部表示)仅以c图中分布为几何背景,仅通过SC4测量出的、带有μ介子的εP事件部分,阴影部分表示预期会到达SC4中的部分μ介子。阴影部分说明c图中统计数据引起了不确定性。(d图下部)与上部相同,只是Z函数不同。来源:Aubert et al.,“Further Observation,”Phys.Rev.Lett.32(1974):1456.
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1700969425 图4.50 1974年发表的E1A数据第二部分。E1A在第二次中性流研究结果发表中提出的附加证据。(a)三台μ介子鉴定器给出的R值,黑色点表示mu1′(SC4或计数器B),黑色三角表示mu1′(仅SC4),黑色方块表示mu2(SC5或计数器C),图中表示与热量计中心的横向距离函数;(b)R值随着三台鉴定器纵向位置的变化;(c)R值随着三台鉴定器强子能量(EH)的变化;(d)E1A给出的中微子束的允许范围Rv和反中微子束的允许范围R与加尔加梅勒小组给出的中微子/反中微子束R值的对比图。来源:Aubert et al.,“Further Observation,”Phys.Rev.Lett.32(1974):1456.
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1700969427 实验获得的数据较为稳定。三台不同的μ介子探测器给出了一致的结果:mu1(通过SC4和计数器B的轨迹)几乎完全独立于广角μ介子,而mu2(计数器C或SC5)受到厚铁板的防护,因此(同之前的实验一样)几乎不受穿通现象影响。mu1′(仅SC4)指出了分别获取的SC4和计数器B的相对效率。两次实验最终获得了一致性,“虽然修改结果在数量级和技术方面有很大的不同,(这样的一致性)为结果的正确性提供了具有说服性的支撑”。[13]
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1700969429 毋庸置疑的是,E1A的研究工作能被后人记住,凭借的是这些以及与这些相似的图表。随着文章在《物理评论快报》上的发表,弱中性流发现进程的第一个阶段落下了帷幕。全世界的多个实验室继续进行了进一步的实验研究,试图确定弱中性流对称性的详细情况,但是这一效应的存在性貌似已经是确信无疑的了。在这缓慢而令人沮丧的任务中——分离真实与人为现象,哈佛-威斯康辛-宾夕法尼亚-费米实验室研究小组进行了双倍的努力。
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1700969431 1974年4月,国家加速器实验室的小组首次发表了相关论文,几周之后(4月26至28日)费城举行了中微子物理学的主题会议。中性流问题很自然地占据了舞台焦点的位置。与会的一位科学家在他的开场发言中这样描述人们达成的一致意见:“现在看来,高能中微子实验中强子中性流的存在性是由四项‘独立的’实验证明的。很明显,接下来我们的主要目的是确定它的对称性。”[14]理查德·费曼在他的总结发言中,也表现出了这样的乐观态度。在发言中他表示,对于电弱理论而言中微子的成功预测是一种荣誉。“但是,”他又表示,“我应该遵从曼恩先生的建议。对中性流的本身应该进行研究。也就是说,实验者们应该这样说:‘好,我们发现了中性流,现在我们来研究它的特性吧!(而不是仅仅将它们同温伯格和萨拉姆的理论进行对照。)’”[15]
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1700969433 1974年6月,高能物理学会议在伦敦举行,在会上中性流问题得到了进一步的强化。其中尤其惊人的是巴里·C·巴里什所做的加州理工-费米实验室中微子研究小组报告(1974年5月国家加速器实验室更名为“费米国家加速器实验室”,即FNAL)。一开始,巴里什和他的研究团队并未将资金用于中性流的研究,而是用于重轻子存在性的研究。在巴里什看来,重轻子的研究只需要一个奇迹的发生,而中性流的研究貌似需要两次奇迹(GIM机制和中性流)。[16]为了这一目的,他和他的小组设计了同之前实验中微子一样的触发系统,用来触发带电轻子,将中性流排除在外。在众多理论家中,加州理工学院的费曼是巴里什的支持者,他鼓励巴里什以怀疑的态度看待格拉肖-温伯格2萨拉姆模型。[17]
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1700969435 然而,凭借对μ介子同类较重的粒子的期待,是无法凭空产生数字的。只有8个标记错误的μ介子在底片上留下了记录,它们其实是重轻子的痕迹。[18]在伦敦会上,巴里什对他们的重轻子主题进行了评论,对他们选错了的透明性问题进行了总结:“观察到的事件在数量级和特征方面都与(反中微子)背景具有一致性!”他们重新设计了触发系统,以便记录下30亿电子伏左右的强子事件,然后再次进行了实验。这一次寻找的目标是中性流。使用的装置与E1A和加尔加梅勒的装置都不相同,新的结果表现出了说服力。巴里什将结论以投影的形式投射在大屏幕上:“(1)中性流确实存在。(2)测量出的数量级为R(中微子)=0.21R(反中微子)=0.33。”[19]加尔加梅勒和E1A的研究人员们都如释重负。
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1700969437 阿尔贡-肯考迪亚-普度的12英尺气泡室实验和哥伦比亚-伊利诺伊-洛克菲勒-布鲁克海文小组也给出了初步但又具有积极性的结果。[20]除此以外,针对一度被禁止的过程的存在性,这些小组使更多的人们投身到了对此的研究中。
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1700969439 因此,早期的中性流实验接近尾声。两个不同的研究小组凭借着各自预期和专业知识这一内在动力,各自找到了获得结论的途径,对相矛盾的方法进行整合,熟悉机械装置,学会如何对现象进行再分类。在大洋两岸,在同僚们提出的大量分析研究、反对意见和建议提案面前,成群的物理学家们不得不进行妥协。两个小组一次又一次地推动着实验,使其与测量数量具有更直接的联系。他们还与自己的研究结果做着斗争,直到结果显示出了稳定的状态,所有这一切都是在巨大压力之下完成的。
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1700969441 欧洲物理学家们最终进行的是两项实验:一是单一电子实验,一是强子中性流实验。与此类似,美国的同僚们进行的论证也不仅仅是一种。1974年2月末,E1A小组实质上已经完成了两项实验。小组不仅改变或改进了光束、几何结构、火花室、照相系统、背景等,两次研究涉及的主要人员也是不同的。两个亚组的实验样式和实验预期各不相同,最终他们确信实验可以结束之时所凭借的证据也是不同的。
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1700969443 在1973年秋天的艰难时间里,一个残酷的玩笑在实验群体中传开了,哈佛-威斯康辛-宾夕法尼亚-费米实验室小组发现的不是中性流,而是“交变”中性流。到了次年4月,物理学界在这一点上达成了共识:振荡已经被永久整流了。理论和实验物理学领域都不得不应对针对物质本质的新的约束所带来的挑战。
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1700969445 [1] Mann,interview,29 September 1980.
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1700969447 [2] Cline,“Signal,”TM,Wisconsin,13 December 1973.
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1700969449 [3] Mann,interview,29 September 1980.
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