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实验是如何终结的？ [:1700965621]
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实验是如何终结的？ 理论家的角色
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在1971年春，理论家突然对中性流重新拾起了兴趣，而原因与气泡室或火花室中发生的事件完全无关。1967年取得进展的温伯格与萨拉姆理论在他们进行实验的同行的计划中尚未起到任何作用。但当有一次赫拉德·特霍夫特发布他的重正化证据时，一切都随之发生变化。包括伊曼纽尔·帕斯克斯、林肯·沃尔芬斯泰因（Lincoln Wolfenstein）、亚伯拉罕·派斯、山姆·特莱曼（Sam B.Treiman）、温伯格以及特霍夫特在内的理论家均开始计算该理论的实验结果。[1]就像在量子电动力学领域中，在纯理论与计算间存在差异，此差异会显露出对实验者的暗示。正是重新建立的理论兴趣与预测截面的有效性的结合唤醒了实验领域沉睡许久的兴趣。[2]
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在特霍夫特于1971年11月发表论文后不久，布鲁诺·朱米诺（Bruno Zumino）、雅克·普兰吉（Jacques Prentki）以及玛丽·盖拉德（Mary K.Gaillard），在欧洲核子中心加尔加梅勒大厦中的一间小实验室中与一组实验者以及理论家进行了交谈。朱米诺解释了对现今可重正化的格拉肖-温伯格-萨拉姆理论突如其来的理论沉迷。最初，缪塞回想起曾经对测试理论家最爱的过程的预期持悲观态度：从电子中发散出μ介子中微子。理论家喜欢这个想法因为该事件将完全不受任何背景影响，因为不会涉及任何强相互作用。作为一名实验者，缪塞是很机智的。因为发现类似事件的可能性是极小的。通过对比，如果仅仅与荷电流进行比较，在强子中性流中的相互作用中，在缪塞看来从质子与中子中发散出中微子应该是非常频繁的。然而，理论家们持有保留意见，因为他们感觉到涉及强子与强相互作用的任何运算都会是极其复杂的。[3]因为有谁会了解高能量的中微子会如何与部分子发生相互作用？
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缪塞后来回想起他关于实验小组研究强子中性流的建议没有引起协作团队其他成员的很大热情。[4]他们的犹豫当然不是出于对问题的漠不关心。坎迪、珀金斯、赫尔穆特·费斯奈尔、霍斯特·瓦克斯穆特（Horst Wachsmuth）以及杰拉尔德·米亚特，在执行超过十年的强子中性流研究中有着丰富的共同经验。恰恰相反，正是由于他们的早期经验，许多加尔加梅勒合作成员直接地了解到从背景中发掘任何关于中性流的信息是极其困难的。因此，有些人认为在常规扫描程序中列入一项稀有的中微子-电子研究会更加容易并可靠，而协作团队以优先处理其他项目继续向前推进。
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[1] Paschos and Wolfenstein，“Tests for Neutral Currents，”Phys.Rev.D 7（1973）：91-95；Pais and Treiman，“Neutral Current Effects，”Phys.Rev.D 6（1972）：2700-2703；Weinberg，“Neutral Intermediate Boson，”Phys.Rev.D 5（1972）：1412-1417；‘t Hooft，“Cross-Sections，”Phys.Lett.B 37（1971）：195-196.
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[2] Sullivan et al.，“Rapid Theoretical Change，”Scientometrics 2（1980）：309-319.
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[3] Musset，interview，26 November 1980.
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[4] Musset，interview，26 November 1980.
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实验是如何终结的？ 背景与信号
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在图4.21中，展示了在按推定引起气泡室效应的弱相互作用过程中每个重要气泡室的图示。强子中性流过程（图4.21b）中存在的问题是该过程可能是伪造的。接下来是如何断定的：电子束中的中微子不可避免地造成不计其数的中子从周围的磁体、地面以及结构中进入室内。如果这些次级中子中有1个在室内撞击1个中子或质子，产生的强子簇（见图4.23）可能会看上去很像真正的中微子中性流事件。在这两种情况中，均可在胶片中看到没有新μ介子出现的强子簇。
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图4.21 费曼图以及气泡室图像。此图说明了运行轨迹间的对应关系。可以在室中以及过程背后的理论表述中看到运行轨迹。（a）轻子中性流。1个μ介子-中微子放射出1个Z0并散射出1个电子，在气泡室胶片中能够看到其反冲过程。因为是中性的，所以中位没有留下任何痕迹。（b）强子中性流。1个μ介子-中微子放射出1个Z0，将质子或中子分离成许多强子。（c）荷电流事件。1个μ介子-中微子放射出1个W+，由此，W+转化成1个阴性μ介子。当W+被质子或中子吸收，后者会分解为强子。
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总之，加尔加梅勒小组面对的任务是，通过证明或反驳在中子背景引起的类似中性流事件以外还存在更多的类似中性流事件来确定中性流是否存在。就像旋磁实验者每次都以不同的方式解决遇到的背景问题那样，中微子物理学家也获得了各式各样解决问题的方法。其中一种方法是研究“中性流备选”的空间分布，定义为图4.21b右侧所示的任意强子的爆发。真正的中微子几乎不与物质发生相互作用。如果发生了相互作用，在室内任何地方发生的可能性或多或少是相同的。另一方面，中子通过强作用力与物质发生相互作用，并且更有可能在室的进入点附近造成假的中性流事件。因此，在室的正面或侧面附近中性流备选的峰值会表明中子在活动中；均匀的分布与中性流假设相符。
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采用中性流备选的空间分布作为测试中子背景的方法是受到加尔加梅勒要比任何早先的气泡都大这一事实的影响。加尔加梅勒独自提供了描绘背景的机会，因为当时众所周知在发生相互作用前，中子通常能够移动的距离要长于1963年古老的室。这意味着在古老的实验中没有办法像从室壁看的更远那样看到中子诱发的事件的指数减少。因此，不可能指出中子事件会存在什么样的问题。[1]因此，当在早先的试验中分析可能是中性流备选的事件时，气泡室物理学家非常合理地将所有的无μ介子事件归于中子背景中。
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加尔加梅勒室很大，它的尺寸使其使用者能够研究室壁与防护层一定区域的液体。此外，物理学家不仅能看到指数式衰减，他们也能够通过检测所谓的关联事件（见图4.22）来追踪中子整个运行轨迹。在上游领域，这些事件中含有普通的荷电流事件，在此事件中，除了μ介子，核子还会放出一个中子。该中子在室的可视范围内形成了一个“虚假的”中性流事件。通过研究在中子造成此“虚假的”备选前，其运行线路的长度及角度，加尔加梅勒团队能够通过3台计算机的模拟程序来描述类似的事件，即使是最初看不见中子的地方（见图4.23）。令人失望的是，相关的时间在实验初期是很少的。
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图4.22 关联事件。关联事件的定义是发生在可视范围内，释放1个中子的荷电流事件。中子撞击核子，在同一画面产生不含μ介子的强子簇，能够与中微子事件相关联。通过研究这些事件，加尔加梅勒团队能够确定产生于荷电流相互作用的中子的能量与角度分布。此信息可输入计算机以模拟墙内中子释放的过程。
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图4.23 中子诱发的“虚假的”中性流事件。在加尔加梅勒实验中，主要的背景是由中子诱发的看上去像真正的中微子事件的无μ介子事件所引起。这些酷似图4.22中所示的事件，除了无法看到中子的来源。在这里显示的原型背景事件中，荷电流事件发生在可视范围之外，通常发生在厚重的混凝土防护层中。在未被观察到的情况下，1个中子穿透进入室内，以某种方式分解核子，看上去像真正的中微子诱发的中性流事件。
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加尔加梅勒协作团队中，首批参与中性流分析的成员有缪塞（当时在欧洲核子中心）、来自米兰的安东尼诺·普利亚（Antonino Pullia）和比安卡·奥苏拉蒂（Bianca Osculati）、来自威斯康辛的乌戈·卡梅里尼和威廉姆·弗莱（William Fry）、欧洲核子中心的迪特尔·海德特（Dieter Haidt），以及来自布鲁克海文实验室的罗伯特·帕尔默（Robert Palmer）。他们早期为解决中性流问题所做的尝试很明显缺少实证的支撑。然而，这些初步的分析有助于形成信仰与方法，这些在后来的实验中逐渐成为有说服力的论据。
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除其他内容外，讨论中性流相关问题的首次重要会议在1972年3月2日至3日于巴黎召开。在那里，加尔加梅勒协作组织各成员聚集在一起讨论事件率、超子检测方案（质量大于质子或中子的不稳定粒子）以及子组的建立，可能会包括一个从事中性流研究的子组。就在他们动身去参加会议之前，来自米兰的团队发现自己被赶出了办公室，因为学生占领了该研究机构。聚集在普利亚的家中，埃托雷·菲奥里尼（Ettore Fiorini）、贝洛蒂（E.Bellotti）、布里尼（M.Brini）以及普利亚共同为普利亚在会议中就中性流所要讲述的内容出谋划策。经过总结那些讨论内容，普利亚发布了一份谨慎的报告，提出了关于中性流研究的初步结论。他的结论是宇宙射线不是导致中性流备选的原因，因为存在太多的备选——平均每卷5个。凭借测量到的16个中微子卷，他发现中性流备选的纵向分布与径向分布一样都很均匀。普利亚推测，这“似乎是从磁体中荷电流中微子的相互作用中排除了次级相互作用”。[2]尽管这些初步的迹象违背了大多数可能的中性流模拟情况，但迄今为止，该团队仅对现实的结果有着试探性的承诺，与1935年及1936年的“新穿透粒子”的情形类似。
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