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第四课 麻省理工名人榜物理学家丁肇中(第10页)

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这个实验的结果表示出量子电动力学正确地描述了粒子对产生过程直到10~14cm。

然后,丁肇中小组转动谱仪的磁铁,使最大的粒子对质量接受区的中心在750MeV附近,他们观察到e'e-对的数量有很大的上升,明显地破坏QED。

这种对QED的偏离,事实上是由强作用对e'e产生的贡献增加而引起的。

这时入射的光子产生重的类光粒子p介子,它再衰变为e'e。

它的衰变概率为α2的量级,为了证明情况确实是这样,他们做了另外一个实验,增加e'e-的张角,发现与QED的偏离更大。

这是可以预计到的,因为当增加e'e的张角时,QED过程比强作用过程减少得更快。

约为5MeV,因此丁肇中小组研制了一个质量分辨率约为5MeV的探测器。

丁肇中小组的成员们面对的是极其单调的测量工作,可是这不是一般的测量,请继续听丁肇中教授的回忆:“在有些测量中,事件率低,特别在研究大于p和介子质量范围的e'e质谱的实验里,当加速器全负载时,e'e-对的产额约为每天一个事件。

这就是说,整个实验室大约有半年光景一直专门只做这个实验,每天一个事件的事件率还意味着,往往两三天没有事件,而在另外的日子里我们却得到两三个事件。

正是在这个实验的过程中,我们形成了每30分钟把全部电压检查一遍和每24小时通过测量QED产额来校准一次谱仪的传统。

为了确保探测器工作稳定,我们还建立了物理学家跟班的惯例,甚至当加速器关机维修时也跟班,我们还从不切断电源。

这样做的最终效果是,我们的计数室多年来有着与实验室的其他部分不同的基础体制。”

“我们经过多年的工作后,学会了怎样操纵具有负载循环2%~3%,每秒约1011γ的高强度粒子束。

同时采用具有大的质量接受度和好的质量分辨率△M≈5MeV的探测器,它能以108的倍数将ππ从e'e-中辨别出来。”

“我们现在可以提出一个简单的问题:有多少重光子存在?它们的性质怎样?对我来说,不能想象只有三种重光子,而且它们的质量都是1GeV左右,为了解答这些问题,我同小组成员反复讨论了怎样进行实验。

最后我决定1971年在布洛克海文国立实验室的30GeV质子加速器上首先做一个大型实验,把探测质量提高到5GeV,探测重光子的e+e-衰变来寻找更多的重光子。”

获得诺贝尔奖的演说

在诺贝尔奖演说词中,丁肇中这样形容准备阶段的工作:“在建造我们的谱仪过程,及整个实验过程中,我受到很多的批评。

问题在于为了达到良好的分辨率,必须要造一个非常昂贵的谱仪。

一位有名望的物理学家批评说:这种谱仪只适用于寻找窄共振——但并不存在窄共振。

尽管这样,我还是决定按我们原来的设计创造,因为我一般不太相信理论论证。”

“1974年4月我们完成了实验的布置工作,并开始引入强大的质子束流到实验区。

我们立刻发现,我们计数室里的辐

射强度达每小时0.2伦琴。

这就是说,我们的物理学家24小时内将要受到最大允许的辐射年剂量。

我们花了两三个星期艰苦地寻找原因,大家为能否继续进行这项实验而担忧。

“一天,自1966年以来一直同我共事的贝克尔博士带着盖革计数器在踱步时,突然发现,辐射的大部分来自屏蔽区的一个特定的地方。

经过仔细研究后,发现即使我们已经用了10000吨混凝土屏蔽块,但最重要的区域——束流制动器的顶部——却仍然根本没有被屏蔽!经此纠正之后,辐射强度降到了一个安全值,这样我们就可以进行实验了。

“从4月到8月,我们做了例行的调节工作,探测器工作性能符合设计要求。

我们能够利用每秒1012个质子,小型电子对谱仪也工作正常,这使我们能用纯电子束来校正探测器。”

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