1700969199
实验是如何终结的？ [:1700965631]
1700969200
实验是如何终结的？ 解除终结
1700969201
1700969202
在国家加速器实验室里，E1A的研究才刚刚开始。由于四种情况的产生，克莱茵和曼恩对投给《物理评论快报》的论文产生了严重的不信任感。首先，在麦迪逊推导出来的4000亿电子伏数据显示，中性流和荷电流的比值较小，这令人感到忧虑。其次，克莱茵并无证据可以证明新的结果具有足够的说服力，以至于可以反驳那些具有极低限制的奇异性变化中性流过程实验。1973年夏天，他对中性流的精确范围进行了不合理的预期。再次，鉴于新装置使用中的不确定性问题以及μ介子的广角问题，在新的结果中试图进行深度检查也是很自然的。最后，曼恩意识到，整个实验可以进行方式的改进，迅速地重做，但这与装置的规格和装置更改伴随的难题是无法协调的。克莱茵、曼恩和国家加速器实验室的其他研究人员们暂时将全部的注意力都转向了探测器的重新调整上。随着会议报告的完成，研究团队将论文的编撰置于了次要的位置。
1700969203
1700969204
与此同时，E1A在9月想办法为余下几个月至次年初期间获得了大量的运行时间。[1]通过几次改进后，克莱茵进行了乐观的预期，预计他们可以提高事件探测的效率，获得更为精确的位置测量值，最重要的一点在于破除了μ介子广角的诅咒。为了解决广角的问题，研究小组以两种方式对装置进行了改进。首先，他们在热量计第16段和4号火花室（SC4）之间安置了一块新的13英寸厚的钢护板，尺寸为12×12英尺（见图4.41）。原则上而言，钢护板和热量计的下游段应该会阻止所有强子进入SC4。因此，凭借钢护板在恰当位置上的作用，只有μ介子可以到达SC4和计数器B。这一新调整有效地将SC4和计数器B这两件装置转化为μ介子探测器的首要构件。这一任务原先是由5号火花室和计数器C来完成的。由于SC4距离时间产生的目标处和热量计位置相对要近得多，可以检测出更多的广角μ介子（见图4.42）。其次，由图4.41中可以看出，之前在μ介子光谱仪中使用的较小的宽距火花室是如何被较大的窄距火花室所替代的。更换后的火花室规格较大，对角也较大。对于计数器C而言亦是如此，当它的规模变大后，可以捕获更多的无定向μ介子。
1700969205
1700969206
1700969207
1700969208
1700969209
图4.41 两台E1A的改进前后对比（上图）。图4.34中描述的更改前的装置（下图）。1973年秋季建造的新装置，使用4号火花室（之前是第一阶段的一部分）在较之前更广的角度内捕获μ介子。为了将强子分离出来，研究小组在SC4前方放置了一块13英寸厚的钢护板。μ介子探测器中放置的其他离子过滤板的厚度为4英尺。来源：Aubert et al.，“Further Observation，”Phys.Rev.Lett.32（1974）：1455.
1700969210
1700969211
1700969212
1700969213
1700969214
图4.42 图4.41中广角陷阱的细节图。SC4捕获了之前使用SC5才可能捕获的广角μ介子。而且SC5和计数器C的规模扩大也对广角μ介子的记录起到了帮助性作用。
1700969215
1700969216
凭借着这些创新，当时物理学家们实验所需的花费貌似并不高。强子护板之前是由更厚的铁板（4英尺）组成的，可以屏蔽通过SC5的上行流。虽然如此，但若不将SC4（和计数器B）向下行方向推移，以消除它们捕获广角μ介子的目的作用，那这样的厚物质是无法嵌入热量计第16段和SC4之间的。1973年9月28日，研究人员对新装置进行了首次试运行，之后克莱茵很快撰写了一份备忘录，在其中对这一更改进行了这样的评论：
1700969217
1700969218
放置在热量计后方的新的铁块在减少通过（计数器B和4号火花室）的强子方面十分有效。虽然小部分事件显示出了穿透结果，但这一比例要小于20%……为了确定这一结论的可信性，仍需对数据进行更多的研究。[2]
1700969219
1700969220
很遗憾，在数个月的时间里，从量化方面而言人们并没有了解到这一点：钢护板的厚度不足，无法有效地减少强子的穿透数量。这是一个决定性的问题。若强子穿透铁板，即便在顶点并未出现μ介子，该事件也将被记录为荷电流事件（见图4.43）。
1700969221
1700969222
1700969223
1700969224
1700969225
图4.43 穿通现象。在插入了13英寸厚的钢护板之后，哈佛-威斯康辛-宾夕法尼亚-费米实验室小组逐渐意识到，在解决一个背景问题的同时他们在不经意间又引发了另一个问题。强子可以通过钢板进入μ介子光谱仪的第一阶段，使得“真正的”中性流事件也貌似是μ介子。
1700969226
1700969227
鉴于实验者们并未对“穿通现象”进行足够的补救，中性流信号消失了。精确预测之所以不适用于强子穿通现象，是与加尔加梅勒小组对中子相互作用长度的艰难计算相关的。两个问题都涉及穿透粒子相互作用较强的物质。强烈的相互作用表明，其中涉及的问题较广为人知的电磁相互作用而言难度要大得多，例如μ介子在物质中的轨迹问题。中微子相互作用产生的强子能量和动量分布相关优秀数据的缺失加剧了这一问题。需要记住的是，这是对高能中微子反应的首次观察，对反应产物的构成成分还没有进行研究。鉴于穿通现象并非早期实验中的主要问题，一开始研究人员并未意识到薄的钢护板使问题变得严峻了。研究人员使用仪器的习惯十分顽固，很难改变。
1700969228
1700969229
我们不该认为研究小组成员们是在单枪匹马地行动。不同的成员寻找的论证方式也不尽相同。穿通现象的计算机模拟以及广角μ介子并不是克莱茵所寻找的目标。正如他之前进行的稀有K介子衰变研究一样，很明显，克莱茵更能够接受基于“镀金事件”（gold-ploted events）的论证，它们本身就是一种效应的确凿证据。从这一点来说，他的方法与欧洲核子中心电子研究小组的方法十分类似。因此，对于他而言，继续在E1A寻找同样类型的中性流证据也是再自然不过的了。克莱茵从数据带中提取出了顶点信息，以便对特定事件进行检查。其中一个事件引起了他的兴趣，这是一个单一事件，是基准量中的死点，它逃过了位置和能量的削减（见图4.44）。在给同事的信中，克莱茵这样写道：
1700969230
1700969231
1700969232
1700969233
1700969234
图4.44 克莱茵“镀金事件”的候选数据。来源：Cline，“Revised E1A Detector，”Wisconsin，TM，1 October 1973.
1700969235
1700969236
研究我们预期的中点（x，y）无μ介子事件的可能性是十分有趣的……（其他的两个事件离基准区域的边缘过近，不可能是镀金事件）我们期望可以发现……一个事件。由此，很遗憾，这一事件的可能性是存在的，我们还未能发现镀金事件。[3]
1700969237
1700969238
通过类似的推论，克莱茵在之后发布了备忘录，记载了云室中产生的小块电子-中微子污染物产生电子的事件。克莱茵复制了其中的一个单一电子事件，并向他的同事建议寻找这些稀有事件，通过谨慎的研究了解弱相互作用的各个方面。对于这些单个电子而言，克莱茵这样写道：“它们是真正的无（μ介子）事件，在正确层面上对这些事件进行观察将对（少部分层面上的无μ介子事件使用的）探测器的校准起到帮助性作用。”[4]
1700969239
1700969240
克莱茵的研究风格——寻找“闪闪发光的例证”——带来的一个必然结果是他对最初论文的统计学方法基础并没有特别的信心。[5]没有了讨论现象的确切范例，于他而言这样的计算机模拟在固定不同参数（如中微子束和μ介子角分布的特性）的过程中，很容易受到误差的影响。曼恩也因为蒙特卡罗法令人苦恼的可挠性而感到不安。针对1937年9月的模拟实验，弗雷德·梅辛在给他之前的论文导师的回信中表示：“在曼恩返回的时候，我回想起来，他的反应就如同吃了不新鲜的海鲜一样。在最开始吃起来味道不对，随着时间推移，胃也越来越觉得不舒服了。”[6]简单而言，曼恩感到研究人员对可信的实验参数的细小改变过于敏感了。[7]
1700969241
1700969242
毫无疑问，迄今为止产生的数据量反映出要发现黄金事件的尝试已经落空了，此后克莱茵又针对中性流的存在与否多次表示质疑。在初期的备忘录中，他对无μ介子事件的寻找兴趣进行了回顾，这可能是源于实验中W的产物和衰变。这一可能性与当时的格拉肖-温伯格-萨拉姆能量理论完全矛盾。在之后的10月11日，克莱茵首次指出，E1A与欧洲核子中心的发表结果间不再具有物理学一致性。[8]他的计算较为粗略，使用了两个粗略的数据：唐纳德·里德曾计算出μ介子的检测效率为83%，而T.Y.林（Ta-yung Ling）预计13%的强子通过了钢护板。13%这一数值不到最终确定值的一半，大幅度地降低了计算出的过量无μ介子事件的数量。简而言之，穿过钢护板的介子比物理学家预想的要多，他们将许多“真正的”无μ介子事件算作了荷电流事件。
1700969243
1700969244
鉴于多种原因，在人们进行严密的计算之前，对穿通现象的较低预测持续了一段时间。其中一部分原因在于强子的穿通现象在之前并未被认作是由厚铁板引起的问题。这一较低的预测之所以能存在一段时间，是由于对强子在铁板中快速移动时产生的相互作用仍无良好的测量值或理论性对待，由于中微子相互作用产生的介子缺少能量分布，这一问题更加严峻了。但是，这一问题在最初虽然貌似只是纯粹的技术性问题，其实也有社会学方面的因素。为了展示研究数据，研究小组承受了巨大的压力。此外，小组的数位成员现在是为了发现他们想要发现的目标，如同多年前的爱因斯坦和密立根一样，一出现预期的答案，他们就试图结束对问题的研究。
1700969245
1700969246
在1973年10月11日的备忘录中，克莱茵为0.07这一R值（NC与CC的比值）赋予了90%的置信界限，为0.21这一值赋予了99%的置信上限。他总结道：“由表面来看，这些结果同欧洲核子中心的（中微子和反中微子）混合光束测量值R=0.28±0.03并不一致。很明显问题还是在于，100次实验中的1次或者其他哪里出现了错误。”其他哪里出现了错误，但是为了确定错误所在，小组还需要额外的两个月时间才能完成。
1700969247
1700969248
与此同时，压力又增多了。随着小组获得中性流确切值的速度越来越快，克莱茵越来越无法安睡了。在当年的10月16日，他又分发了一份新的备忘录：