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实验是如何终结的？ 被理论确证、被实验确证
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跟随着安德森、尼德美尔、斯特里特和史蒂芬孙等人的脚步，宇宙射线实验家们将注意力转至新粒子质量的确定。接受新粒子观点的学界圈迅速扩展。仁科芳雄、竹内柾（Masa Takeuchi）和一宫虎雄（Torao Ichimiya）发表的估算质量大大高于斯特里特两人所认为的质量。仁科等三人认为m=200~300m0，其中m0表示电子质量。[1]这一结果很快被戴尔·科森（Dale Corson）和罗伯特·布罗德（Robert Brode）所印证，两人给出了两个质量估算值，其中较小的为350m0，较大的为700m0。[2]同斯特里特和史蒂芬孙相符，E.J.威廉姆斯和皮卡普（E.Pickup）推导出的值为200m0；亚瑟·鲁林格（Arthur Ruhlig）和贺拉斯.R.克拉内（Horace R.Crane）判断粒子质量为120±30m0。[3]鉴于这些研究和自己未来实验所具有的不确定性，尼德美尔推测，新粒子不应被认定为具有确定的质量。[4]大体而言，物理学家们已经接受了新实体的存在，并期望它能具有确定的质量，很快他们将其确定为210m0。
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特别是在理论家中，对新粒子的认可受到了某种论证的有力促进，该论证源于量子场论的崇高高度，在之前它与实验家们完全无关。讽刺的是，几年之后理论家们也将它视为无关紧要了。1935年，汤川秀树对量子电动力学的无质量光子交换观点进行类比后，猜测束缚着原子核的核子力可能是由重粒子交换产生。[5]
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由于μ介子的质量与汤川粒子的质量大致相同，1937年6月，奥本海默与赛培尔猜测汤川粒子与新发现的物质实际上可能是同一种粒子。[6]对此，弗里持同意态度。在该年秋季前后，弗里向研讨会提交了一份名为《新带电粒子假说的推测背景》（Speculative Background for Hypothesis of New Charged Particle）的文章，在文章中他概述了对“汤川介子”的论证。在“优越的条件下”，弗里的笔记具有“合宜的力量，没有分歧，几乎是独一无二的理论”。[7]因此，当实验家们发现了符合正确质量范围的粒子时，它是如此符合该范围，以至于不可能不是汤川粒子。不久之后，贝特也在信中称“我正在尝试去发现，作为令人满意的核力理论的基础，（新粒子）还能走多远。我认为霍米·贾汗季·巴巴（Homi Jehaugir Bhabha）的研究路线也是大致相同的。”[8]
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如果说还需要对穿透粒子的“汤川介子”身份判断进行确认，那么貌似是在1938至1939年间进行的。在此期间，在不同海拔高度的μ介子通量观察显示出，介子在飞行状态中的衰变与汤川理论中预测的情况大致相同。“二战”期间，数位实验者均对μ介子的衰变进行了直接的确认。[9]
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赛培尔曾讲述过一桩具有启发性的轶事。很明显，在“汤川介子”相关论文的准备阶段，奥本海默在其中加入了一个章节，并指出：根据汤川理论，汤川粒子肯定会产生衰变，衰变后特定量空气中的表观吸收与同样质量固体中的表观吸收之间会有不同。这是因为粒子穿透空气的时间相对更长，衰变的机会也更多。对这一章节中的内容，密立根持强烈的反对态度，以至于奥本海默将文章交予赛培尔进行多次修订，直至最终惹恼了赛培尔，赛培尔建议在文章中删除这一部分。这些引起不快的内容与密立根自20世纪20年代开始进行的实验间产生了抵触，这些实验引领了初诞生理论的建立。这些内容最后没有出现在文章中。密立根——那位被称为“领袖”的人——是需要对付的力量。[10]
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战争结束后，人们开发出了新的粒子检测方法，至此μ介子和π介子——与原子核产生相互作用的“真正的”汤川粒子——之间才得到了决定性的区分。随着多种新粒子陆续被发现，人们开始建造可以产生这些实体的新式大型加速器。几乎同时，费曼、施温格和朝永振一郎（Schinichiro Tomonaga）开始建立起可以被接受的量子场论——基本粒子物理学。
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在μ介子的存在被认可之后，罗西、斯特里特和安德森继续进行着宇宙射线问题的研究。但是，密立根从未彻底舍弃过他的初诞生理论。到了1939年，连他都不得不承认存在高能宇宙射线粒子，其能量过高以至于无法通过原子构建理论中的能量转换来解释。与此同时，他提出宇宙中存在一种新的转换形式，并以此来解释宇宙射线粒子的构成：在整个宇宙中，原子不断被湮灭，产生高能光子和电子对。在余下的人生中，密立根未曾间断对这最后理论的修改，但是他已经离物理学的主流方向越来越遥远了。
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[1] Nishina，Takeuchi，and Ichimiya，“Cosmic-Ray Particles，”Phys.Rev.52（1937）：1198-1199.
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[2] Corson and Brode，“Intermediate Mass，”Phys.Rev.53（1938）：215.
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[3] Williams and Pickup，“Heavy Electrons，”Nature 141（1938）：684-685；Ruhlig and Crane，“Inter-mediate Mass，”Phys.Rev.53（1938）：266.
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[4] Neddermeyer，“Penetrating Particles，”Phys.Rev.53（1938）：102-103.
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[5] Yukawa，“Interaction.”Proc.Phys.-Math.Soc.Jap.17（1935）：48-57.对于本作品中更好的历史评论，参见Brown.“Yukawa’s Meson.”Centaurus 25（1981）：71-132.
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[6] Oppenheimer and Serber，“Note on Particles，”Phys.Rev.51（1937）：1113.
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[7] Furry，“Speculative Background，”file“New Charged Particle Colloquium 1937，”FP.
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[8] Bethe to Blackett，8 March 1938，BC，box 3.
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[9] Rossi，“Decay，”in Brown and Hoddeson，Birth（1983），183-205.
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[10] Oppenheimer and Serber，“Note on Particles，”Phys.Rev.51（1937）：1113；Serber，“1930s，”in Brown and Hoddeson，Birth（1983），212-213；Neher，“Cosmic Rays，”in Brown and Hoddeson，Birth（1983），123.
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实验是如何终结的？ 说服性证据和实验的终结
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在本章之前几节的内容中，针对人们对μ介子“发现”时间的不同看法，笔者进行了列举。将引领新粒子研究的多项实验一一列明后，我们可以通过全新的角度对这些不同意见进行比较，这并非是优先顺位争夺中简单的地位转换，而是对复杂实验结束的必然方式的一种暗示。我们可以对之前了解到的情况进行回顾。
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18世纪的自然哲学家注意到了验电器是如何自发失去电荷的。现在的物理学家将这样的放电现象在很大程度上归因于海平面μ介子，因此如果不顾时代的正确性，也可以说是这些观察家“发现”了μ介子。与此类似的是，某些评论人认为玻特和科赫斯特的计数器符合实验指出了粒子的通过，在过去我们将其称为“μ介子”。当然，在某种意义上也可以说是卡尔森和奥本海默发现了μ介子，因为他们在1936年首次（以出版的形式）提出了作为宇宙射线穿透性部分的、具有中等质量的粒子的存在。安德森和尼德美尔首次展示出了较佳的数据，数据显示测出的簇射粒子能量损失值是符合量子论的。这暗示着——虽然只有在回顾时才可以这样讲——穿透粒子必定不是电子。这一发现或许也可以归功于斯特里特和史蒂芬孙，因为他们说明了簇射粒子与穿透粒子在产生簇射的能力上具有特征性差异。
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现在大多数科学家将这一发现归功于1937年3月安德森和尼德美尔的能量损失论证和/或该年4月斯特里特和史蒂芬孙的范围动量论证。两方面的实验均显示出，在同样的动量范围内，带电宇宙射线粒子中包含两种截然不同的粒子。在此之前，由于电子在高能条件下具有不同的特性，这样的区分一直饱受质疑。通过1937年11月发表的停止轨迹照片，斯特里特和史蒂芬孙首次提出了对穿透粒子质量的定量分析，鉴于此，当然同样也可以将新粒子的发现归因于此两人。μ介子与电子的区别恰恰就在于质量的不同，因此这一归功在其他假定型“发现”面前并不会逊色。事实上，孤立来看的确有很多其他的事件可以被认为是“发现的瞬间”。然而，笔者希望能够展示出，发现的唯一瞬间——虽然在授奖委员会和物理教科书中这一概念可能具有价值——在历史记录中是鲜少甚至并不存在的。
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我们并不需要寻找“发现的瞬间”，而是要将μ介子实验的结束视为对一系列现象逐步改进的一个节点。从某种意义上来说，实验需要结束多次。在实验的各个阶段，宇宙射线一次次被赋予了新的特征：它会使验电器放电；随着物质深度的改变，放电率出现特定的变化；簇射粒子较单个粒子而言更容易被吸收。实际上安德森、尼德美尔、斯特里特和史蒂芬孙进行的最终“论证实验”将说服力寄托在了之前的大量实验上。他们下力气进行了装置检验，比如斯特里特和史蒂芬孙使用云室证实了计数器法的正确性，驳斥了密立根等四人的反对意见。其他实验在理论和实验之间打造了更为直接的联系桥梁，这也是富塞尔薄板云室实验的目的。他展示出了这一点：电子对产生和轫致辐射的简单过程是如何成为簇射的基础的——簇射现象曾被认为是十分复杂的。
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