Πέμπτη 8 Δεκεμβρίου 2011

ΤΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΕΠΟΝΤΑΙ: Η ΑΝΑΚΑΛΥΨΗ ΤΟΥ ΑΣΘΕΝΟΥΣ ΟΥΔΕΤΕΡΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ



ΤΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΕΠΟΝΤΑΙ: Η ΑΝΑΚΑΛΥΨΗ ΤΟΥ ΑΣΘΕΝΟΥΣ ΟΥΔΕΤΕΡΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ


Andy Pickering

Η ανακάλυψη ενός νέου φαινομένου, του αποκαλούμενου ‘‘ουδέτερου ασθενούς ρεύματος ’’, αναφέρθηκε τον Ιούλιο του 1973 από μια ομάδα ευρωπαίων επιστημόνων της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων. Η ύπαρξη αυτού του φαινομένου θεωρήθηκε ως ο ‘‘θεμέλιος λίθος’’ της εμπειρικής υποστήριξης, για ορισμένες θεωρίες του τομέα της Κβαντομηχανικής , γνωστές ως ‘‘gauge theories’’. Από την στιγμή που οι θεωρίες αυτές, έχουν επικρατήσει στον τρόπο σκέψης των ερευνητών της σωματιδιακής φυσικής η ανακάλυψη του ουδέτερου ρεύματος καθίσταται ορόσημο στην ανάπτυξη του τομέα. Το γεγονός αυτό έχει ήδη τραβήξει την προσοχή διαφόρων επιστημόνων, ιστορικών φιλοσόφων και κοινωνιολόγων...

Ο σκοπός της επιστροφής μου σε αυτό το θέμα, είναι για να τοποθετήσω την παραγωγή και την αντίληψη του ισχυρισμού της ανακάλυψης, σε σχέση με το ευρύτερο πεδίο σύγχρονων πειραματικών και θεωρητικών ερευνών στη φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων, και για να προσπαθήσω να εξάγω κάποια γενικά συμπεράσματα από την εικόνα που προκύπτει. Το θέμα της ανάλυσής μου είναι ότι ‘‘πίσω από κάθε φαινόμενο υπάρχει μια σειρά ερευνητικών πρακτικών’’ και προτού ξεκινήσω τον ιστορικό απολογισμό θα ήθελα να εξηγήσω το σκεπτικό μου. Η εξήγησή μου ανάγεται απ’ ευθείας στην ιστοριογραφία παρά στην φιλοσοφία της επιστήμης, αλλά όπως ελπίζω να γίνομαι αντιληπτός, το πρώτο έχει ενδιαφέρουσες επιπτώσεις στο τελευταίο.

Θα ξεκινήσω σκιαγραφώντας τα χαρακτηριστικά ενός είδους ιστοριογραφίας το οποίο αποκαλώ ‘‘επιστημονικός απολογισμός’’1. Τι κύριο χαρακτηριστικό του επιστημονικού απολογισμού είναι ότι η βαρύτητα της πρωταρχικής εξήγησης βασίζεται πάνω στα φυσικά φαινόμενα: αυτά προηγούνται και χρησιμοποιούνται για να εξηγήσουν την πειραματική και θεωρητική πρακτική των επιστημόνων. Έτσι, για παράδειγμα ,οι επιστημονικές θεωρίες για την ανακάλυψη του ασθενούς ουδέτερου ρεύματος θεωρούν δεδομένο ότι το ουδέτερο ρεύμα υπάρχει σαν μέρος της ‘‘επίπλωσης’’ του κόσμου. Η ανακάλυψη αυτού του φαινομένου, θεωρείται για αυτό τον λόγο σαν μια παρατήρηση του κόσμου που έχει γίνει με -απαραιτήτως- μη προβληματικές και διαφανείς πειραματικές τεχνικές. Η ακριβής πειραματική παρουσιάζεται σαν ένα ‘‘κλειστό’’, απολύτως κατανοητό, σύστημα που απέφερε δεδομένα που επιβάλουν την παγκόσμια αποδοχή τους. Μια επιπλέον συνέπεια του να θεωρεί κανείς τα φυσικά φαινόμενα σαν δεδομένα, είναι ότι τα πειράματα, στον επιστημονικό απολογισμό, θεωρούνται εντελώς ξεχωριστά από την θεωρία, και για αυτόν τον λόγο μπορούν να θεωρηθούν ως οι τελικοί ρυθμιστές της θεωρητικής εγκυρότητας: οι θεωρίες ισχύουν ή απορρίπτονται σχετικά με την επιτυχία τους ερμηνεύοντας τα παρατηρηθέντα φαινόμενα. Έτσι, η τωρινή δημοτικότητα της gauge theory αποδίδεται στην ικανότητά της να εξηγήσει την ύπαρξη και τις ιδιότητες του ασθενούς ουδέτερου ρεύματος και άλλων καινοφανών φαινομένων.2

...Οι ιστορικοί συνάντησαν κάποια δυσκολία στο να αποκαλύψουν το στοιχείο ‘‘κλειδί’’ του επιστημονικού απολογισμού : λίγοι από αυτούς έχουν καταφέρει να ξεφύγουν πλήρως από την επιστημονική συνήθεια που θέλει πρώτα τα φαινόμενα και τη χρησιμοποίηση των φυσικών φαινομένων για να εξηγήσουν την επιστημονική πράξη... Τυπικά οι ιστορικοί διερωτώνται γιατί ένας επιστήμονας πέτυχε στην παρατήρηση κάποιου ιστορικά αποδεκτού φαινομένου ενώ άλλοι απέτυχαν, και το πείραμα εξακολουθεί να θεωρείται ως ένας ανεξάρτητος κριτής της θεωρίας. Είναι σπάνιο η ικανότητα ενός πειράματος από μόνο του να καθιερώνει την ύπαρξη φυσικών φαινομένων που παγίως αμφισβητούνται.

Το γεγονός ότι οι ιστορικοί συνεχίζουν να ακολουθούν τους επιστήμονες στο να τοποθετούν πρώτα τα φαινόμενα, είναι, και θα επιχειρηματολογήσω, μια μη ικανοποιητική θέση ενασχολήσεων για δύο λόγους. Πρώτον : διότι οι μέθοδοι των ιστορικών δεν είναι κατάλληλες για να αποφανθούν για την πραγματικότητα των φυσικών φαινομένων. Κάποιος μπορεί, για παράδειγμα, να ψάξει στο ερευνητικό αρχείο των φυσικών της σωματιδιακής φυσικής, για όσο καιρό θέλει χωρίς να συναντήσει ποτέ το ασθενές ουδέτερο ρεύμα. Αυτό που θα συναντήσει κάποιος είναι ένα αρχείο εργασιών, ένα αρχείο με αυτά που οι επιστήμονες έχουν ασχοληθεί. Αυτό με οδηγεί στο δεύτερο και πιο εποικοδομητικό επιχείρημά μου για την πεποίθησή μου ότι οι ιστορικοί δεν πρέπει να τοποθετούν πρώτα τα φαινόμενα : συγκεκριμένα, κάνοντας αυτό (βάζοντας δηλαδή πρώτα τα φαινόμενα) οδηγεί κάποιον στο να θεωρήσει δεδομένες επιστημονικές πρακτικές που είναι ιδιαίτερα προβληματικές. Σε αυτόν τον απολογισμό της ιστορίας του ουδέτερου ρεύματος, εγώ τουλάχιστον, τοποθετώ την πρακτική που είναι προσιτή στις μεθόδους των ιστορικών, πρώτα - παρά το φαινόμενο, το οποίο δεν είναι. Υποστηρίζω ότι η πραγματικότητα του ασθενούς ουδέτερου ρεύματος ήταν η έκβαση πειραμάτων των φυσικών της σωματιδιακής φυσικής και όχι το αντίστροφο.

Η ανάλυση διεξάγεται σε δύο στάδια. Αρχικά, διαφωνώ στο ότι δεν είναι χρήσιμο το να θεωρείς το πείραμα της ανακάλυψης σαν ένα κλειστό σύστημα. Αντιθέτως, δείχνω ότι το πείραμα είναι καταλληλότερα αντιληπτό όταν διεξάγεται με βάση ένα ατελώς - κατανοητό, ‘‘ανοικτό’’ σύστημα. Υποστηρίζω ότι ο ισχυρισμός της ανακάλυψης βασίστηκε σε πειραματικές ερμηνευτικές πρακτικές που ήταν από μόνες τους προβληματικές και ότι η αποδοχή αυτών των ερμηνευτικών πρακτικών βασίστηκε στην αποδοχή του φαινομένου που παρήγαγαν. Οι ερμηνευτικές πρακτικές και το φυσικό φαινόμενο στάθηκαν ή κατέρρευσαν μαζί. Η παρατήρηση αυτή προφανώς οδηγεί σε μια κυκλικότητα ή αυθαιρεσία με αντίθετα αποτελέσματα από τα επιδιωκόμενα στην εμπειρική έρευνα, εξαιτίας της ελευθερίας των πειραματιστών να αναφέρουν οποιαδήποτε φαινόμενα αυτοί επιλέγουν. Ωστόσο, το δεύτερο στάδιο της ανάλυσης δείχνει ότι η αυθαιρεσία είναι πλασματική. Σ’ αυτό το σημείο υποστηρίζω ότι η αποδοχή του ασθενούς ουδέτερου ρεύματος (και συνεπώς των συσχετιζόμενων ερμηνευτικών πρακτικών) καθορίστηκε από τις ευκαιρίες που η ύπαρξή του προσέφερε για μελλοντικές πειραματικές και θεωρητικές πρακτικές στη σωματιδιακή φυσική. Αρκετά απλά, οι επιστήμονες της σωματιδιακής φυσικής αποδέχτηκαν την ύπαρξη του ουδέτερου ρεύματος γιατί έτσι θα μπορούσαν να καταλάβουν πώς να εργαστούν πιο επικερδώς σ’ ένα κόσμο που η ύπαρξή του ουδέτερου ρεύματος ήταν πραγματικότητα. Η κεντρική ιδέα εδώ είναι να υπάρξει μία σχέση συμβίωσης ανάμεσα σε πειραματικούς και θεωρητικούς, οι οποίοι αποτελούν τις δυο διακεκριμένες ομάδες ανάμεσα στους επιστήμονες της σωματιδιακής φυσικής. Θα ήθελα να δείξω ότι αποδεχόμενοι την ύπαρξη του ουδέτερου ρεύματος κάθε ομάδα θα μπορούσε να θέσει εαυτόν σε μια θέση όπου η πρακτική της άλλης θα αποτελούσε τόσο αιτιολόγηση όσο και υλικό αναζήτησης για τις δικές της πρακτικές. Το επιχείρημα θα ήταν, τότε, ότι η πραγματικότητα του ουδέτερου ρεύματος και η αποδοχή των ερμηνευτικών πρακτικών των πειραματικών, θα αποτελούσαν και τα δύο τις συνέπειες του κατορθώματος αυτής της συμβίωσης.

Μπορούμε τώρα να επιστρέψουμε στην ιστορία του ασθενούς ουδέτερου ρεύματος. Στην συνέχεια αυτής της αναφοράς παρουσιάζεται το απαραίτητο εννοιολογικό υπόβαθρο και αναλύονται οι θεωρητικές και πειραματικές προσεγγίσεις στην φυσική των αλληλεπιδράσεων κατά την δεκαετία του 1960. Αυτό θέτει το σκηνικό για το πρώτο στάδιο της ανάλυσης. Το πείραμα της ανακάλυψης αναθεωρείται, εστιάζοντας πάνω στην ερμηνευτική πρακτική των πειραματιστών και ερχόμενο σε αντίθεση με ρουτίνες που αναπτύχθηκαν σε προηγούμενες γενιές παρόμοιων πειραμάτων. Μια παράλληλη συζήτηση έχει επίσης δοθεί από ένα σύγχρονο αμερικάνικο πείραμα το οποίο είχε σημαντική σχέση πάνω στην διαδικασία της ανακάλυψης. Δύο επιπλέον τομείς ολοκληρώνουν το δεύτερο στάδιο της ανάλυσης. Επανεξετάζουν τη σημασία της ανακάλυψης του ουδέτερου ρεύματος για την εξέλιξη των ήδη υπαρχόντων παραδόσεων της πειραματικής και θεωρητικής έρευνας στη σωματιδιακή φυσική και τονίζουν τη σημασία των ταχύτατα μεταβαλλόμενων θεωρητικών περιεχομένων μέσα στα οποία τοποθετείται το πείραμα της ανακάλυψης. Η αναφορά καταλήγει σε μια συζήτηση των γενικών χαρακτηριστικών που προκύπτουν από αυτή τη μελέτη.

Η Ασθενής Αλληλεπίδραση και η Φυσική των Νετρίνο

Οι επιστήμονες που ασχολούνται με την σωματιδιακή φυσική, σκέφτονται, με την λογική των τριών θεμελιωδών δυνάμεων της φύσης. Αυτές, κατά σειρά αυξανόμενης ισχύος είναι η ασθενής, η ηλεκτρομαγνητική και η ισχυρή αλληλεπίδραση. Σε σχέση με αυτή την κατανομή των δυνάμεων, υπάρχει μία δίπτυχη διαίρεση ως προς τους τύπους των στοιχειωδών σωματιδίων. Τα περισσότερα σωματίδια, όπως τα νετρόνια και τα πρωτόνια, έχουν και τα τρία είδη αλληλεπιδράσεων και καλούνται ‘‘αδρόνια’’, αλλά κάποια- λίγα - σωματίδια δεν μετέχουν σε ισχυρές αλληλεπιδράσεις και είναι γνωστά σαν λεπτόνια. Κατά την περίοδο των αρχικών σκέψεων, υπήρχε η πεποίθηση ότι υπήρχαν μόνο τέσσερις τύποι λεπτονίων: το ηλεκτρόνιο, το μιόνιο και δυο είδη νετρίνων. Το ηλεκτρόνιο και το μιόνιο είναι ηλεκτρικά φορτισμένα έτσι ώστε να έχουν τόσο ηλεκτρομαγνητικές όσο και ασθενείς αλληλεπιδράσεις. Αντίθετα, τα νετρίνο, είναι ηλεκτρικά ουδέτερα και είναι, συνεπώς, τα μοναδικά από τα στοιχειώδη σωματίδια που έχουν μόνο ασθενείς αλληλεπιδράσεις. Αντίθετα, τα νετρίνο, είναι ηλεκτρικά ουδέτερα και είναι, συνεπώς, τα μοναδικά από τα στοιχειώδη σωματίδια που έχουν μόνο ασθενείς αλληλεπιδράσεις.

Αυτό που μας αφορά, εν προκειμένω, είναι οι ιδιότητες της ασθενούς αλληλεπίδρασης. Κατά τις δεκαετίες του 1950 και του 1960 προέκυψαν πληροφορίες σχετικά με την ασθενή αλληλεπίδραση, από την παρατήρηση χαρακτηριστικών ασθενών διασπάσεων αδρονίων ή της πυρηνικής διάσπασης - β για να πρωτοτυπήσουμε.
Η πληροφορία συστηματοποιήθηκε σε ένα θεωρητικό μοντέλο των ασθενών αλληλεπιδράσεων γνωστό σαν θεωρία‘‘ V-A’’ που καταγράφτηκε για πρώτη φορά από διάφορους συγγραφείς το 1958. Στο συγκεκριμένο γενικό πλαίσιο, το πιο σημαντικό γνώρισμα της θεωρίας V-A ήταν ότι υιοθετούσε την εμπειρική παρατήρηση ότι οι ασθενείς αλληλεπιδράσεις μεσολαβούσαν αποκλειστικά μέσω ‘‘ρευμάτων φορτίων’’ : ουδέτερα ρεύματα πίστευαν πως δεν υπήρχαν. Η διάκριση μεταξύ φορτισμένων ρευμάτων και ουδέτερων ρευμάτων εξηγείται καλύτερα μέσω των διαγραμμάτων των διαδικασιών της ασθενούς διάσπασης.

Τα σχήματα αυτά, δείχνουν κατανοητά, μεθόδους ασθενών διασπάσεων από ένα καλά γνωστό αδρόνιο ονομαζόμενο μεσόνιο-Κ ( ή καόνιο ) . Στο σχήμα 1, το ηλεκτρικά ουδέτερο καόνιο διασπάται σε ένα θετικά φορτισμένο πιόνιο εκπέμποντας ένα αρνητικά φορτισμένο σωματίδιο ‘‘ W’’, ο υποτιθέμενος φορέας της ασθενούς δύναμης. Το σωματίδιο W με τη σειρά του διασπάται σε ένα ηλεκτρόνιο και ένα αντινετρίνο. Επειδή το W φέρει ένα μη-μηδενικό φορτίο το γεγονός αυτό είναι γνωστό σαν συμβάν φορτισμένου - ρεύματος. Στο σχήμα 2, το μεσόνιο-Κ εκπέμπει ένα ηλεκτρικά-ουδέτερο σωματίδιο W και, αν παρατηρηθεί, αυτό θα μπορούσε για αυτό το λόγο να λέγεται διάσπαση ουδέτερου - ρεύματος. Αλλά, όπως έχω τονίσει, όλες οι διασπάσεις αδρονίων που παρατηρήθηκαν κατά τις δεκαετίες 1950 και 1960 θα μπορούσαν να ερμηνευτούν με τη λογική των φορτισμένων σωματιδίων W: καμία διάσπαση τύπου ουδέτερου - ρεύματος δεν είχε παρατηρηθεί.

Το 1959 είχε δειχτεί ότι εκτός από την παρατήρηση των διασπάσεων των αδρονίων υπήρχε και ένας άλλος τρόπος να ερευνηθούν τα γνωρίσματα των ασθενών αλληλεπιδράσεων: συγκεκριμένα, βομβαρδίζοντας με μια δέσμη νετρίνων ένα στόχο, και κοιτώντας τι συνέβη. Επειδή τα νετρίνο έχουν μόνο ασθενείς αλληλεπιδράσεις, τέτοιου είδους πειράματα υπόσχονται να αποκαλύψουν τις ιδιότητες αυτών των δυνάμεων με πολύ πιο ξεκάθαρο τρόπο από ότι τα πειράματα διάσπασης (τα οποία περιπλέκονταν από ισχυρές και ηλεκτρομαγνητικές επιδράσεις). Ήταν επίσης εμφανές ότι τα πειράματα θα ήταν πολύ δύσκολα: η ασθενής αλληλεπίδραση όντας πραγματικά ασθενής, θα χρειαζόταν έντονες δέσμες νετρίνων και πολύ μεγάλους ανιχνευτές ούτως ώστε να έχει τη δυνατότητα να είναι ικανή να παρατηρήσει οποιεσδήποτε επιδράσεις.

Παρόλη την προφανή δυσκολία, τα πειράματα με νετρίνο πήραν το δρόμο τους στις αρχές της δεκαετίας του 1960 στα δύο παγκοσμίως κορυφαία εργαστήρια σωματιδιακής φυσικής - το Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven στο Long Island των ΗΠΑ και το CERN το συμμετοχικό Ευρωπαϊκό Εργαστήριο που βρίσκεται στην Ελβετία λίγο έξω από τη Γενεύη. Θα επανέλθω σε αυτά τα πειράματα με τα νετρίνο αργότερα, αλλά προς το παρόν το σημείο που θέλω να τονίσω είναι ότι τα αποτελέσματά τους θεωρήθηκαν σαν μια επιβεβαίωση της σύγχρονης θεωρίας V-A, συγκεκριμένα παρέμεινε κάποιο σημείο από τον λώρο της φυσικής όπου δεν υπήρχε ασθενές ουδέτερο ρεύμα - από αυτά τα πειράματα αναφέρθηκαν μόνο γεγονότα φορτισμένου - ρεύματος.

Το Πείραμα Στο Gargamelle

Καθώς οι πρώτοι γύροι πειραμάτων ήταν σε εξέλιξη κατά την δεκαετία του 1960, μια ομάδα Γάλλων φυσικών καθοδηγούμενη από τον André Lagarrigue κατασκεύαζε έναν τεράστιο θάλαμο φυσαλίδων το οποίο ονόμασαν Gargamelle. Με το Gargamelle ανακαλύφτηκε η πρώτη απόδειξη για την ύπαρξη του ασθενούς ουδέτερου ρεύματος, και για να ξεκινήσω τον απολογισμό της ανακάλυψης πρέπει πρώτα να εξηγήσω τι είναι ένας θάλαμος φυσαλίδων και πως αυτός χρησιμοποιείται.

Ένας θάλαμος φυσαλίδων είναι βασικά μια δεξαμενή γεμάτη με υπερθερμασμένο υγρό, που βρίσκεται υπό πίεση ώστε να αποφευχθεί ο βρασμός του. Όταν μια δέσμη σωματιδίων, όπως π.χ τα νετρίνο, εκτοξεύονται μέσα στην δεξαμενή, η πίεση απελευθερώνεται και μικρές φυσαλίδες ξεκινούν να σχηματίζονται κατά μήκος των ιχνών των ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων. Κατόπιν, τα ίχνη αυτά φωτογραφίζονται και κατά συνέπεια αναλύονται για τις πληροφορίες που αποκομίζουν πάνω στις αλληλεπιδράσεις των σωματιδίων ή τα ‘‘γεγονότα’’ που έχουν λάβει χώρο μέσα στο υγρό. Στο σχήμα 3 φαίνεται η φωτογραφία ενός τυπικού θαλάμου φυσαλίδων μέσα στο οποίο οι λεύκες γραμμές ερμηνεύονται σαν ίχνη φορτισμένων σωματιδίων (οι μεγάλες κυκλικές κηλίδες είναι σημάδια αναφοράς στους τοίχους του θαλάμου).

Ο λόγος που χρησιμοποιείται ένας πολύ μεγάλος θάλαμος φυσαλίδων όπως το Gargamelle ήταν ότι θα παρουσίαζε περισσότερο υλικό για τα νετρίνο ώστε να αλληλεπιδράσουν, και να αυξήσει περαιτέρω τον ρυθμό αλληλεπιδράσεων× το Gargamelle σχεδιάστηκε ούτως ώστε να γεμίσει με ένα πολύ παχύρευστο υγρό (φρέον) από ότι το πιο συνηθισμένο υδρογόνο. Το ενεργό πεδίο του Gargamelle ήταν κυλινδρικό σε σχήμα, με μήκος 4,8 m και διάμετρο 1,88 m, περιέχοντας 18 τόνους φρέον και αυτός ο όγκος περικλειόταν από 1000 τόνους επικουρικού εξοπλισμού (το σώμα του θαλάμου, εξοπλισμός που ελέγχει τη θερμοκρασία και την πίεση του φρέοντος, ένα μεγάλο ηλεκτρομαγνήτη κ.α.).

Το Gargamelle εγκαταστάθηκε στο CERN κατά την διάρκεια του 1971, όπου οι φωτογραφίες που παρήγαγε αναλύθηκαν από μια ομάδα περισσοτέρων των 50 φυσικών, που προέρχονταν από το CERN και έξι ευρωπαϊκά Πανεπιστήμια. Η ανάλυση του φιλμ του Gargamelle παρήχθη όταν ο θάλαμος εκτέθηκε σε μια δέσμη νετρίνο και ξεκίνησε στις αρχές του 1972. Σύντομα παρατηρήθηκε ότι παρόλη την πλειοψηφία των ενδιαφερουσών φωτογραφιών που ανταποκρίνονταν σε γεγονότα φορτισμένου - ρεύματος στα οποία το ηλεκτρικά ουδέτερο νετρίνο μετατράπηκε σε ένα αρνητικά φορτισμένο μιόνιο, όπως φαίνεται στο σχήμα 4 - κάποιες από αυτές ξεχωριστά οφείλονταν στις αλληλεπιδράσεις ουδέτερου-ρεύματος στις οποίες τα νετρίνο αναδύονται ανέπαφα, όπως στο σχήμα 5.

Φωτογραφίες αυτού του τύπου αναπαρίστανται στο σχήμα 5 όπου περιγράφουν την βάση του ισχυρισμού των πειραματιστών ότι δηλαδή ανακαλύφθηκε το ουδέτερο ασθενές ρεύμα, οποίες κατέθεσαν για δημοσίευση τον Ιούλιο του 1973. Εκεί ανέφεραν ότι έχοντας εξετάσει ένα σύνολο 290,000 φωτογραφιών, η ομάδα είχε βρει περί τα 100 γνήσια γεγονότα ουδέτερου ρεύματος (και περί τα 400 γεγονότα φορτισμένου - ρεύματος). Αλλά η λέξη που θα τονίσουμε εδώ είναι το ‘‘γνήσια’’: όπως δίνεται μέσα από την ερμηνευτική πρακτική των πειραματιστών του CERN, στο οποίο τώρα θα επιστρέψουμε.

Το Περιβάλλον του Νετρονίου

Το κύριο πρόβλημα το οποίο αντιμετώπισε η ομάδα του Gargamelle στον ισχυρισμό της οι έχει ανακαλύψει ουδέτερα ρεύματα, είχε ως ακολούθως. Τα νετρίνο είναι ηλεκτρικά ουδέτερα και εξαιτίας αυτού δεν αφήνουν ίχνη στο θάλαμο φυσαλίδων. Έτσι η πρωταρχική ένδειξη ότι ένα γεγονός που καταγράφτηκε στο φιλμ οφείλεται σε ένα νετρίνο είναι η φανερή απουσία οποιασδήποτε αιτίας στη μορφή του ίχνους ενός εισερχόμενου φορτισμένου σωματιδίου. Ωστόσο, πιστεύεται η ύπαρξη αρκετών ειδών ηλεκτρικά ουδέτερων σωματιδίων , εκ των οποίων όλα μπορούν, όπως τα νετρίνο, να εισχωρήσουν στο θάλαμο φυσαλίδων , χωρίς να γίνουν ορατά και να δημιουργήσουν γεγονότα της ίδιας ακριβώς μορφής όπως τα γεγονότα που προκλήθηκαν από τα νετρίνο. Το πιο φανερό παράδειγμα, από το παρόμοιο με το νετρίνο σωματίδιο στο πείραμα του Gargamelle ήταν το νετρόνιο , και ήταν φανερό στους πειραματιστές ότι : (α) τα νετρόνια πρέπει να παραχθούν από την ενυπάρχουσα ακτινοβολία νετρίνο , στο μεγάλο σύνολο του βοηθητικού εξοπλισμού που περιβάλει το ενεργό πεδίο του Gargamelle και (β) μερικά από αυτά τα νετρόνια θα εισχωρήσουν μέσα στο ενεργό πεδίο κι εκεί θα παρακινούν νόθα γεγονότα τύπου ουδέτερου -ρεύματος, όπως φαίνεται στο Σχήμα 6.

Ανάμεσα στις αρχές του 1972 και έως τα μέσα του 1973 μέλη της συνεργασίας του Gargamelle ξόδεψαν ένα μεγάλο χρονικό διάστημα πείθοντας τους εαυτούς τους και προσπαθώντας να πείσουν κι άλλους ότι αυτό το ‘‘περιβάλλον νετρονίου ’’, όπως καλείται, δεν θα μπορούσε να εξηγήσει όλα τα γεγονότα ουδέτερων-ρευμάτων στο φιλμ. Θέλω τώρα να συζητήσω τους τρόπους με τους οποίους επιχείρησαν να το κάνουν. Ο σκοπός μου θα είναι να αποδείξω την ευπάθεια - την έλλειψη άσκησης δύναμης - στην ερμηνευτική πρακτική τους, σαν ζήτημα αρχής και σαν ζήτημα ιστορικού γεγονότος μαζί. Μετά θα τονίσω αυτήν την ευπάθεια συγκρίνοντας την ερμηνευτική πρακτική των πειραματιστών του CERN.

Οι καλύτεροι υπολογισμοί του περιβάλλοντος του νετρονίου στο πείραμα του Gargamelle προέκυψαν από τις εξομοιώσεις σε υπολογιστή γνωστές ως ‘‘ Monte Carlo’’. Τα εισερχόμενα δεδομένα σ’αυτές τις εξομοιώσεις ήταν : τα χαρακτηριστικά της δέσμης των νετρίνο • οι πιθανότητες ότι ένα νετρίνο θα παράγει ένα νετρόνιο στην αλληλεπίδραση του με την ύλη • οι πιθανότητες διαφόρων ειδών από ενδεχόμενες αλληλεπιδράσεις του νετρονίου με την ύλη και η κατανομή της ύλης του πειράματος του Gargamelle και του βοηθητικού εξοπλισμού του. Εφοδιασμένα με αυτή την πληροφορία , τα αποτελέσματα των προγραμμάτων του υπολογιστή ήταν εκτίμηση του αριθμού των νετρονίων που εισχωρούν στο θάλαμο και των αλληλεπιδράσεων τους εκεί μέσα. Και το συμπέρασμα από τέτοιες αναλύσεις ήταν σύμφωνα με την ομάδα του Gargamelle, ότι μόνο γύρω το 10% από τα υποψήφια ουδέτερα ρεύματα τους μπορούσαν να αποδοθούν στο περιβάλλον του νετρονίου. Το υπόλοιπο 90% ήταν γνήσιες εκδηλώσεις του ασθενούς ουδέτερου ρεύματος. Σ’αυτό οφείλεται ο ισχυρισμός ότι παρακολούθησαν ένα πραγματικά καινούριο φαινόμενο.

Αν τώρα κάποιος εξετάσει τις λεπτομέρειες αυτών των προσομοιώσεων Monte Carlo, το ενδεχόμενο για αντίθετη συζήτηση γίνεται προφανές. Σε γενικές γραμμές το ενδεχόμενο αυτό προέρχεται από την κλίμακα της προσομοίωσης που επιχειρήθηκε. Οι 18 τόνοι ενεργού πεδίου του Gargamelle περιβάλλονταν από 1000 τόνους βοηθητικού εξοπλισμού • και αφού η αναλογία γεγονότων με νετρίνο πιστεύεται να είναι ανάλογη της μάζας του στόχου , αυτό συνεπάγεται ότι για κάθε γεγονός που λαμβάνει χώρα μέσα στο ενεργό πεδίο θα υπήρχαν γύρω στα 50 στο εσωτερικό του . Ο στόχος της πρώτης προσπάθειας να περιγράψει όλες τις αντιληπτές αόρατες αλληλεπιδράσεις και από αυτό να υπολογίζει τι επίπτωση θα έχουν αυτές μέσα στο ενεργό πεδίο ήταν , το λιγότερο τρομακτική ( τόσο τρομακτική πράγματι , όσο να αποτρέψεις κάποιον από το να λάβει τέτοιες δοκιμασίες σοβαρά στην περίοδο πριν το Gargamelle , όπως θα δούμε πιο κάτω ) .

Με περισσότερους ειδικούς όρους , επιτρέψτε μου να σημειώσω τέσσερα σημεία πιθανών διαφωνιών που αφορούν το πιο καθοριστικό Gargamelle Monte Carlo .

Οι λεπτομέρειες των χαρακτηριστικών της ακτινοβολίας εισερχόμενων νετρίνο αποτέλεσαν ένα κρίσιμο δεδομένο • τα χαρακτηριστικά αυτά μπορούσαν να προκύψουν μόνο από έμμεσες μετρήσεις και ούτε οι μετρήσεις ούτε το αλυσιδωτό συμπέρασμα που βασιζόταν πάνω τους ήταν δημόσια διαθέσιμα .

Παρόμοια κρίσιμες ήταν οι πιθανότητες της παραγωγής των νετρονίων από νετρίνο. Αυτά δεν ήταν γνωστά εκ των προτέρων: ‘‘λογικές’’ εκτιμήσεις τροφοδοτούνταν μέσα στο πρόγραμμα εξομαλυσμένα σε πολύ λίγα (27) επονομαζόμενα γεγονότα ‘‘σχετικού αστέρος’’ που βρίσκονταν στο φιλμ του Gargamelle.

Οι σχετικές παράμετροι για την αλληλεπίδραση των νετρονίων και των πρωτονίων με τους ατομικούς πυρήνες δεν ήταν εμπειρικά γνωστές. Άρα αυτές προέκυψαν ως συμπέρασμα από μια περιορισμένη σειρά μετρήσεων στο πρωτόνιο - συγκρούσεις πρωτονίου που χρησιμοποιούν ένα πολύ απλό μοντέλο πυρήνων.

Εκτελώντας τους υπολογισμούς, μια εξιδανικευμένη γεωμετρία, της συσκευής θεωρήθηκε δεδομένη ενώ υψηλά απροσδόκητα αποτελέσματα στην φυσική των σωματιδίων είχαν συχνά αποδοθεί σε προφανώς ασήμαντες λεπτομέρειες στην διαμόρφωση του εξοπλισμού.

Αυτό δεν παρουσιάζεται σαν μια εκτεταμένη λίστα από τις σαφείς υποθέσεις στις προσομοιώσεις περιβάλλοντος - νετρονίου, και ούτε παρουσιάζεται για να υπονοήσει ότι δεν υπήρχε τίποτα ανάρμοστο ή ασυνήθιστο στην κατασκευή τέτοιων υποθέσεων από τους πειραματιστές. Σκοπός μου εδώ είναι απλά να αποδείξω ότι οι υποθέσεις οι οποίες κατασκευάστηκαν μπορούσαν δικαιολογημένα να εξεταστούν: μπορεί εύκολα κάποιος να φανταστεί μια προσδιορίσιμη κριτική που παίρνει το θέμα με μερικές ή όλες απ’ αυτές τις υποθέσεις. Επιπλέον, ακόμα κι αν όλες οι υποθέσεις αναγνωρίζονταν , παρέμενε η περίπτωση ότι ήταν τα εισαγόμενα δεδομένα όχι σε έναν αναλυτικό υπολογισμό , αλλά σε μια υπερβολικά περίπλοκη αριθμητική προσομοίωση . Οι λεπτομέρειες από τέτοιες προσομοιώσεις είναι φυλαγμένες σε κώδικα μηχανής και κατά συνέπεια παραμένουν αδημοσίευτες και όχι ανεξάρτητα εξακριβωμένες. Έτσι ο σκεπτικιστής θα μπορούσε δικαιολογημένα να αποδεχτεί τα εισαγόμενα δεδομένα στον υπολογισμό αλλά να συνεχίσει να αμφιβάλλει για τα εξερχόμενα αποτελέσματα.

Είναι έτσι φανερό, ότι η ερμηνευτική πρακτική των πειραματιστών του Gargamelle ήταν , αρχικά , μακριά από απόλυτη συναίνεση . Και τα μέλη της ομάδας δεν το αγνόησαν • γι’ αυτό πολλοί απ’ αυτούς εργάστηκαν για περισσότερο από ένα χρόνο προσπαθώντας να κατασκευάσουν προσομοιώσεις Monte Carlo όσο το δυνατόν πιο πειστικές . Αλλά είναι σημαντικό να σημειώσουμε ότι ακόμα και μέσα στη συνεργασία του Gargamelle ο βαθμός πεποίθησης ποτέ δεν ήταν απόλυτος. Στα πρώτα στάδια της ανάλυσης πολλοί ήταν αρκετά δύσπιστοι και είναι σχεδόν καταγραμμένο ότι ένας τουλάχιστον κύριος πειραματιστής του Gargamelle ένιωσε ότι η ανάλυση ήταν ακόμα ανεπαρκής όταν η ανακάλυψη δημοσιεύθηκε τον Ιούλιο του 1973. Και πράγματι είναι φανερό ότι η απόφαση της ομάδας, σαν σύνολο να δημοσιεύσει τον ισχυρισμό εκείνη την χρονική στιγμή, ήταν επηρεασμένοι τόσο από το ενδιαφέρον προτεραιότητας όσο και από την προσεχή εποχή διασκέψεων και άλλο τόσο από την πεποίθηση ότι η ανάλυση ήταν στεγανή. Μια ομάδα αμερικανών ερευνητών εκτελώντας ένα πείραμα νετρίνο στο πρόσφατα λειτουργικό Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντών (National Accelerator Laboratory - Nal - γνωστό τώρα ως Fermilab) κοντά στο Chicago, είχε αφήσει να γίνει γνωστό ότι και αυτοί είχαν επίσης βρει αποδείξεις για τα ουδέτερα ρεύματα, και είχαν ακόμα σκοπό να αναφέρουν την ανακάλυψή τους κατά την διάρκεια του καλοκαιριού.

Μια περαιτέρω ένδειξη της έλλειψης πιεστικής δύναμης της ερμηνευτικής πρακτικής της ομάδας του Gargamelle ήρθε το χειμώνα του 1973. Μέχρι τότε οι πειραματιστές του NAL είχαν κάνει αλλαγές στους μηχανισμούς τους και είχαν συμπεράνει ότι τα ουδέτερα ρεύματα δεν υπήρχαν στην πραγματικότητα. Αυτό το αποτέλεσμα μεταδόθηκε στο CERN, όπου οι πειραματιστές του Gargamelle βρέθηκαν κάτω από μεγάλη πίεση, τόσο από τους φυσικούς όσο και από την διεύθυνση του CERN, είτε να αποδείξουν το αποτέλεσμά τους είτε να το αναιρέσουν. Η θέση τους δεν ενισχύθηκε όταν ο φυσικός Jack Steinberger - ένας βετεράνος από το πρώτο πείραμα νετρίνο στο Brookhaven, αν και δεν υπήρξε μέλος της ομάδας του Gargamelle - δημοσίευσε τις δικές τους προσομοιώσεις Monte Carlo, οι οποίες εξέφρασαν ότι ένα ουσιώδες κλάσμα των γεγονότων ουδέτερου ρεύματος του Gargamalle μπορούσε να ερμηνευτεί σαν περιβάλλον νετρονίου.

Η συζήτηση γύρω από τις ερμηνευτικές πρακτικές της ομάδας του Gargamelle έκλεισε τελικά λίγο ως πολύ την άνοιξη του 1974, αλλά πάλι είναι σημαντικό να σημειώσουμε ότι αυτό δεν μπορεί να αποδοθεί σε οποιαδήποτε καινούρια διακεκριμένη ιδιότητα των υπολογισμών του περιβάλλοντος νετρονίου. Η καμπή ήρθε όταν οι αμερικανοί πειραματιστές αναθεώρησαν τις δικές τους προσομοιώσεις Monte Carlo και για δεύτερη φορά αποφάσισαν ότι αυτοί είχαν πράγματι βρει αποδείξεις για ουδέτερα ρεύματα.

Επιπλέον φαίνεται λογικό να υποστηριχθεί ότι σαν ζήτημα αρχής και σαν ζήτημα ιστορικού γεγονότος οι ερμηνευτικές της ομάδας του Gargamalle δεν ήταν πέρα από νόμιμη αμφισβήτηση. Μπαίνοντας απλά, στο 1973 και νωρίς στο 1974 οι φυσικοί των σωματιδίων μέσα και έξω από την ομάδα του Gargamelle δεν μεταχειρίστηκαν τους υπολογισμούς του περιβάλλοντος - νετρονίου σαν αναγκαστική συγκατάθεση. Η συγκατάθεση στις πρακτικές συνεπάγεται συγκατάθεση στην ύπαρξη του ασθενούς ουδέτερου ρεύματος, αλλά κάθε σύγχρονος φυσικός που διαφωνεί μπορεί εντελώς νόμιμα να αμφισβητήσει τον προηγούμενο. Η ερμηνευτική πρακτική και φυσικό φαινόμενο στάθηκαν ή έπεσαν μαζί. Θα γυρίσω σε αυτό το σημείο σύντομα, αλλά πρώτα είναι σκόπιμο να ξεφύγω εν συντομία μέσα στην προ - ιστορία των πειραμάτων του Gargamelle - πειράματα νετρίνο σε θάλαμο φυσαλίδων του CERN της δεκαετίας του 1960.

Τα Πειράματα με Νετρίνο σε Θαλάμους Φυσαλίδων στην δεκαετία του 1960

Κατά την διάρκεια της δεκαετίας του 1960 τρία πειράματα νετρίνο σε θάλαμο φυσαλίδων πραγματοποιήθηκαν, όλα στο CERN μεταξύ 1963 και 1967, και αρκετοί από τους συμμετέχοντες σε αυτά τα πειράματα συνέχισαν ώστε να γίνουν σημαντικοί στο πείραμα του Gargamelle. Στο παρόν περιβάλλον, οι αναφορές στα πειράματα της δεκαετίας του 1960 είναι ενδιαφέρουσες στο ότι ανακαλύπτουν μια εντελώς διαφορετική ομάδα από ερμηνευτικές πρακτικές, οι οποίες υποστήριξαν έναν εντελώς διαφορετικό κόσμο φαινομένων από αυτόν του Gargamelle. Ο φαινομενικός κόσμος της φυσικής των νετρίνο στη δεκαετία του 1960 ήταν αυτός της θεωρίας V-A η οποία, όπως σημειώθηκε πιο πάνω, συμπεριέλαβε φορτισμένα ρεύματα αλλά όχι ουδέτερα ρεύματα. Και είναι φανερό από όλα τα τεκμήρια εκείνου του καιρού ότι οι πειραματιστές του CERN στην δεκαετία του 1960 εξίσωναν τον αξιοσημείωτο αριθμό των γεγονότων τύπου ουδέτερου ρεύματος τα οποία παρατηρήθηκαν στο περιβάλλον νετρονίου των πειραμάτων τους. Γεγονότα τύπου ουδέτερου ρεύματος αντιμετωπίστηκαν σαν ένα μέτρο του περιβάλλοντος νετρονίου και το μέτρο αυτό χρησιμοποιήθηκε για να αποτιμήσει την συμβολή του περιβάλλοντος στον παρατηρούμενο ρυθμό γεγονότων ουδέτερου ρεύματος.

Για να επεξηγήσω πως δουλεύει αυτός ο τρόπος, αφήστε με να παραπέμψω στην περισσότερο λεπτομερή ανάλυση των διαδρομών νετρίνο από το 1963 έως το 1965 η οποία ήταν φτιαγμένη από τον E.C.M. Young. Κάτω από τον τίτλο ‘‘Αποτίμηση Περιβάλλοντος Νετρονίου’’ ο Young σημείωσε :

Στην φαινομενική ταξινόμηση των γεγονότων που καταγράφονται στο θάλαμο, ουδέτερα γεγονότα με τουλάχιστον ένα υποψήφιο λεπτόνιο (π.χ. μη - αλληλεπιδρούν σωματίδιο) ταξινομούνται σαν v ή [ νετρίνο ή αντινετρίνο]. Ουδέτερα γεγονότα χωρίς υποψήφια λεπτόνια [π.χ. πιθανά γεγονότα ουδέτερου ρεύματος] λαμβάνονται σαν παρερχόμενα από περιβάλλον νετρονίου.5

Έχοντας έτσι φτάσει σε ένα λειτουργικό ορισμό του περιβάλλοντος νετρονίου, ο Young συνέχισε να υπολογίζει το ρυθμό με τον οποίο γεγονότα επιφερόμενα από νετρόνια θα παρήγαγαν ένα μεσόνιο - π (ή πιόνιο) το οποίο θα ταυτοποείτο λάθος σαν μιόνιο, και για αυτό το λόγο φτιάχνει μια πλαστή συμβολή στη μετρούμενη κλίμακα γεγονότων φορτισμένου - ρεύματος.

Η πιο εκτεταμένη συζήτηση πάνω στο πρόβλημα του περιβάλλοντος στο τρίτο πείραμα νετρίνο του CERN, που πραγματοποιήθηκε το 1967 δόθηκε από τον G. Myatt το 19696. Αυτός σημείωσε ότι στο πείραμα του 1967 βρέθηκε ‘‘ένας σημαντικός αριθμός από ουδέτερα γεγονότα τα οποία δεν είχαν καθόλου υποψήφια μ- [μιόνιο] ’’- π.χ. γεγονότα τύπου ουδέτερου ρεύματος - και μετά συνέχισε κατ’ ευθείαν : ‘‘ Είναι ενδιαφέρον να διαλογιστώ πάνω στην προέλευση αυτών των νετρονίων’’. 7 Η εξίσωση ανάμεσα στα γεγονότα τύπου ουδέτερου ρεύματος και το περιβάλλον νετρονίου έγινε τόσο απλά όσο αυτό .

Πιθανώς το πιο ενδιαφέρον σημείο που πρέπει να σημειώσουμε εδώ είναι , ότι ακόμα και στη δεκαετία του 1960 αυτή η εξίσωση δεν ήταν περισσότερο από ερώτηση .ο Young, για παράδειγμα , δοκίμασε μια λειτουργική εκτίμηση της ροής του νετρονίου στα προηγούμενα πειράματα με νετρίνο και συμπέρανε ότι τα περισσότερα αλλά όχι όλα, από τα παρατηρημένα γεγονότα τύπου ουδέτερου ρεύματος μπορούσαν να αποδοθούν σε αυτή την αιτία. Έμειναν ανυπολόγιστα περίπου 150 γεγονότα τύπου ουδέτερου ρεύματος, για να συγκριθούν με περίπου 570 θετικά ταυτοποιημένα γεγονότα φορτισμένου ρεύματος: με μια πρόχειρη αναλογία στα γεγονότα ουδέτερου ρεύματος σε κάθε 4 γεγονότα φορτισμένου ρεύματος - η ίδια όπως αυτή η άποψη αργότερα αναφέρθηκε από το Gargamelle.

Είναι έτσι, φανερό ότι η ερμηνευτική πρακτική της δεκαετίας του 1960 - η εξίσωση των γεγονότων ουδέτερου ρεύματος με το περιβάλλον νετρονίου - δεν είναι μόνο αμφισβητήσιμη από επιστημονική άποψη, αλλά είναι αμφισβητήσιμη ακόμα και με σύγχρονους όρους. Όπως και να έχει οι πειραματιστές της δεκαετίας του 1960 τοποθέτησαν την πίστης τους στο φαινόμενο - την ανυπαρξία του ασθενούς ουδέτερου ρεύματος - και πήραν αυτό σαν ένα μέτρο σύγκρισης για να αξιολογήσουν τις εκτιμήσεις του περιβάλλοντος νετρονίου. Οι εκτιμήσεις αυτές οι οποίες πραγματικά απέφυγαν αυτή την εξέταση, και αυτό παρέμεινε σαν γεγονός της φύσης σφηνώθηκαν στις ερμηνευτικές πρακτικές των πειραματιστών νετρίνο, ότι τα ουδέτερα ρεύματα δεν υπήρχαν.

Βλέπουμε, τότε, στα πειράματα νετρίνο θαλάμου φυσαλίδων στις δεκαετίες του 1960 και 1970 κεντρικές ξεχωριστές σειρές από ερμηνευτικές πρακτικές, ότι καμιά σειρά από πρακτικές δεν ήταν πάνω υπό αμφισβήτηση, και ότι παρόλα αυτά κάθε σειρά από πρακτικές υποστήριξε ένα χαρακτηριστικό και κοινωνικά αποδεκτό φαινομενικό κόσμο.

Θέλω τώρα να συζητήσω σύντομα το αμερικανικό πείραμα νετρίνο το οποίο έχει μέχρι τώρα αναφερθεί μόνο επιφανειακά, με σκοπό να δείξει ότι όμοια σχό λια απευθύνονταν σε αυτό και στους προκατόχους του. μπορούμε τώρα να επιστρέψουμε στο κεντρικό ερώτημα αυτής της αναφοράς: μπορεί κανείς να καταλάβει γιατί ένας αστερισμός από ερμηνευτικές πρακτικές και φυσικά φαινόμενα εκτοπίστηκε από τους άλλους στις αρχές της δεκαετία του 1970;.

Το Πείραμα HPW

To 1972 ένας καινούριος επιταχυντής σωματιδίων τέθηκε σε λειτουργία στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντών στις Η.Π.Α. Ήταν ο πιο ισχυρός με διαφορά επιταχυντής που υπήρχε τότε (παρείχε στα σωματίδια ακτινοβολίες περίπου δεκαπλάσιας ενέργειας αυτής που ήταν διαθέσιμης στο CERN και στο Brookhaven) και ένα από τα πρώτα πειράματα που επρόκειτο να γίνουν ήταν ένα πείραμα με νετρίνο, που μπήκε σε εφαρμογή, με συνεργασία των φυσικών, από τα πανεπιστήμια Harvard, Pennsylvania και Wisconsin. Αυτό ήταν το πείραμα που πρώτο διατηρήθηκε για να επιβεβαιώσει και μετά αν απορρίψει και ξανά να επιβεβαιώσει την ανακάλυψη του Gargamelle, και είναι αυτό το πείραμα που θέλω να συζητήσω εδώ.

Το πείραμα Harvard - Pennsylvania - Wisconsin (HPW) δεν ήταν ένα πείραμα σε θάλαμο φυσαλίδων όπως του Gargamelle × ήταν ένα ηλεκτρονικό πείραμα. Δηλαδή, τα ενεργά ανιχνευτικά στοιχεία κατέγραψαν το πέρασμα φορτισμένων ιχνών με ηλεκτρονικά μέσα, παρά με το φυσικό σχηματισμό φυσαλίδων σε ένα θάλαμο φυσαλίδων.

Οι ηλεκτρονικοί ανιχνευτές και οι θάλαμοι φυσαλίδων ήταν μέχρι της αρχές της δεκαετίας του 1970, καλά - καθιερωμένες εναλλακτικές τεχνικές για την ανίχνευση σωματιδίων, και τα σχετικά τους πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα ήταν γνωστά. Όσον αφορούσε την εξαγωγή λεπτομερών πληροφοριών σχετικά με μεμονωμένες αλληλεπιδράσεις σωματιδίων, οι φωτογραφίες από τον θάλαμο φυσαλίδων που παρείχαν μια ακριβή καταγραφή των μεμονωμένων ιχνών, είχαν το πλεονέκτημα σε σχέση με τους ηλεκτρονικούς ανιχνευτές τραχείας υφής. Από την άλλη μεριά, οι οικονομικές θεωρήσεις υπαγόρευαν ότι οι ηλεκτρονικοί ανιχνευτές θα μπορούσαν να κατασκευαστούν, οι οποίοι ήταν πολύ πιο ογκώδεις από οποιοδήποτε εφικτό θάλαμο φυσαλίδων. Αυτό το τελευταίο ήταν ιδιαίτερα σημαντική θεώρηση στη φυσική των νετρίνο – στην οποία ο πιο άμεσος τρόπος να αυξηθεί ο πολύ χαμηλός βαθμός, ήταν να αυξηθεί η μάζα του ανιχνευτή. Έτσι κάθε τύπος ανιχνευτή είχε την αξία του και τα πειράματα των νετρίνο στον θάλαμο φυσαλίδων αναπτύχθηκαν παράλληλα κατά την διάρκεια της δεκαετίας του 1960.8 Θα σκιαγραφήσω πρώτα τις κύριες μορφές των πρώτων ηλεκτρονικών πειραμάτων με νετρίνο, μα σκοπό να εξαγάγω μια κύρια διαφορά πειραματικής πρακτικής που θα τα ξεχώριζε από το πείραμα HPW. Θα ανασκοπήσω τότε τις ερμηνευτικές πρακτικές που εμπλέκονται στο ίδιο το πείραμα HPW.

Είδαμε στο προηγούμενο τμήμα ότι στη δεκαετία του 1960 τα πειράματα νετρίνο στο θάλαμο φυσαλίδων ήταν συνηθισμένη πρακτική για εξισώσει τα γεγονότα τύπου ουδέτερου - ρεύματος με ένα μη ενδιαφέρον περιβάλλον νετρονίου. Τα ίδια μπορούν να ειπωθούν και για τα ηλεκτρονικά πειράματα της δεκαετίας του 1960 , με την διαφορά ότι εδώ η ερμηνευτική παραδοχή στην πραγματικότητα χτίστηκε μέσα στην πειραματική συσκευή από την αρχή . Το σχετικό σημείο που πρέπει να σημειώσουμε είναι ότι οι ηλεκτρονικοί ανιχνευτές έχουν ένα περαιτέρω πλεονέκτημα από τους θαλάμους φυσαλίδων που δεν έχει ακόμα αναφερθεί :μέσα από έναν κατάλληλο συνδυασμό μηχανικού εξοπλισμού και ηλεκτρονικών λογικών κυκλωμάτων ,μπορούν να σχεδιαστούν για να καταγράψουν μόνο μια υποομάδα , με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά , από τις αλληλεπιδράσεις σωματιδίων που λαμβάνουν χώρα μέσα σε αυτούς . 9 Τα ηλεκτρονικά πειράματα για τα νετρίνο της δεκαετίας του 1960 αξιοποίησαν αυτό το πλεονέκτημα με σκοπό να πάρουν ένα ‘‘ καθαρό ’’ σήμα από γεγονότα με νετρίνο . Δικαιολόγησαν , σύμφωνα με την καθιερωμένη θεωρία V - A ,ότι κάθε γνήσια αλληλεπίδραση με νετρίνο θα ήταν ένα φορτισμένο-ρεύμα που θα οδηγούσε ακόμα και στην παραγωγή ενός μιονίου. Τα γεγονότα που προκλήθηκαν από νετρίνο θα μπορούσαν ως εκ τούτου να διαχωριστούν από το μη-ενδιαφέρον περιβάλλον νετρονίου ακριβώς μετρώντας μόνο εκείνα τα γεγονότα στα οποία παράγονται μιόνια . Αυτή η αιτιολόγηση κατασκευάστηκε τότε μέσα στην ίδια την συσκευή , η οποία ήταν έτσι σχεδιασμένη ώστε μόνο να καταγράφει γεγονότα, όταν παραγόταν τουλάχιστον ένα μιόνιο . Κατά αυτόν τον τρόπο , οι πειραματιστές έλαβαν ένα σχετικά καθαρό σήμα από γεγονότα με νετρίνο , αλλά , φυσικά, ταυτόχρονα εγγυήθηκαν ότι Δε θα μπορούσαν ποτέ να βρουν καμία απόδειξη για την ύπαρξη ουδετέρων ρευμάτων – για τον απλό λόγο ότι το σήμα ενός γεγονότος ουδέτερου ρεύματος θα ήταν η απουσία της παραγωγής μιονίου.

Για λόγους που θα συζητηθούν στο επόμενο τμήμα , οι πειραματιστές των HPW εγκατέλειψαν αυτή την άποψη της συνηθισμένης πρακτικής του ηλεκτρονικού πειράματος με νετρίνο . Παράταξαν τα λογικά τους κυκλώματα έτσι ώστε οι μετρητές τους να αντιδρούν από την παραγωγή αδρονίων. Αυτό τους επέτρεψε να προσπαθήσουν να εξακριβώσουν αν όντως παράγονταν μιόνια σε συνεργασία με αυτά τα αδρόνια και αν όντως υπήρχε ένα εκτιμήσιμο σήμα ουδέτερου- ρεύματος.

Το πείραμα HPW άρχισε να τίθεται σε λειτουργία στο Fermilab στις αρχές του 1972 και ακολούθησε μια ιδιαίτερα πολύπλοκη σειρά από γεγονότα . Αυτά επιθεωρήθηκαν σε έκταση από τον Peter Galison και θα αναφέρω εδώ μόνο τα κύρια χαρακτηριστικά του απολογισμού του Galison όπως αυτά στηρίζονται στα επιχειρήματα αυτής της αναφοράς . 10 Στους πρώτους μήνες λειτουργίας του , ο νέος επιταχυντής Fermilab λειτούργησε αδιάκοπα , αλλά από τις αρχές του 1973 οι πειραματιστές του HPW είχαν συγκεντρώσει επαρκή δεδομένα για να πείσουν κάποιους από αυτούς , τουλάχιστον , ότι τα ουδέτερα ρεύματα υπήρχαν . Αλλά , όπως στην περίπτωση του πειράματος του Gargamelle , αυτό το συμπέρασμα δεν ήταν με κανένα μέσο στεγανό . Το κύριο ερμηνευτικό πρόβλημα στο πείραμα HPW ήταν ‘‘ τα μιόνια που έφευγαν ’’ και είχε ως ακολούθως . Η συσκευή HPW ήταν χωρισμένη σε δυο μέρη : ένα εμπρόσθιο τμήμα όπου οι δείκτες αδρονίων που παράγονταν στις αλληλεπιδράσεις με νετρίνο ανιχνεύονταν , και ένα οπίσθιο τμήμα , σχεδιασμένο για να ανιχνεύει κάθε μιόνιο που παραγόταν σε συνεργασία με τα αδρόνια . Κάθε γεγονός χωρίς μιόνιο , στο οποίο το οπίσθιο τμήμα της συσκευής αποτύγχανε να ανιχνεύσει ένα σωματίδιο , ήταν έτσι ένα υποψήφιο γεγονός ουδέτερου-ρεύματος . Δυστυχώς , η συσκευή ήταν μακριά και λεπτή και ήταν εύκολα αντιληπτό ότι τα μιόνια που παράγονταν από γεγονότα φορτισμένου- ρεύματος στο εμπρόσθιο τμήμα του ανιχνευτή , θα μπορούσαν να διαφύγουν από τις πλευρές της συσκευής πριν φτάσουν στο οπίσθιο τμήμα . Αυτά τα διαφυγόντα μιόνια δεν θα κατέγραφαν την παρουσία τους στο ανιχνευτικό οπίσθιο τμήμα , και ως εκ τούτου διαφυγόντα γεγονότα φορτισμένου-ρεύματος θα μπορούσαν να μιμηθούν γεγονότα ουδέτερου-ρεύματος .

Για να προσπαθήσουν να ρυθμίσουν αυτή την εξήγηση του σήματος ουδέτερου ρεύματος , οι πειραματιστές του HPW , όπως η ομάδα του Gargamelle , εκτέλεσαν προσομοιώσεις Monte Carlo παραγωγής μιονίου από νετρίνο στο εμπρόσθιο τμήμα της συσκευής τους. Το αποτέλεσμα αυτών των υπολογισμών ήταν ότι τα διαφεύγοντα μιόνια δεν θα μπορούσαν να μετρήσουν για τα παρατηρούμενα σήματα ουδέτερου-ρεύματος. Αυτά τα νέα κοινοποιήθηκαν στο CERN όπου, όπως είδαμε , συνεισέφερε στην απόφαση της ομάδας του Gargamelle να δημοσιεύσει τα ευρήματά τους και υποβλήθηκε σε δημοσίευση από την ομάδα HPW σύντομα μετά .

Εδώ , τότε , βλέπουμε τα πρώτα βήματα προς την εγκαθίδρυση μιας νέας ερμηνευτικής πρακτικής συνεπούς με την ύπαρξη ενός ασθενούς ουδέτερου ρεύματος στο ηλεκτρονικό πείραμα νετρίνο .Άλλη μια φορά , παρόλα αυτά , ακόμα και οι ίδιοι οι πειραματιστές δεν χειρίστηκαν αυτή την καινοτομική ερμηνευτική πρακτική σαν να είχαν μια εξαναγκαστική δύναμη . Μερικοί από τα αρχηγικά μέλη της συνεργασίας HPW δεν εμπιστεύτηκαν τις προσομοιώσεις Monte Carlo , στις γενικές βάσεις που σκιαγράφησα σε σχέση με το πείραμα στο CERN . Επιπλέον , μια καινούρια ομάδα δεδομένων για τα νετρίνο που ελήφθησαν από το HPW στα μέσα του 1973 έδειξαν ένα πολύ μικρότερο σήμα ουδέτερου ρεύματος απ’ αυτά που είχαν βρεθεί σε προηγούμενα , δεδομένα χαμηλότερης ενέργειας .

Η ομάδα HPW ως εκ τούτου αποφάσισε να βελτιώσει το πείραμά της και να κρατήσει την αρχική τους δημοσίευση σε εκκρεμότητα ( μη απαντώντας στα σχόλια των αναφερομένων σ’ αυτήν ) . Τροποποίησαν τη συσκευή τους έτσ ώστε το οπίσθιο τμήμα να υπόκειται σε μια μεγαλύτερη στερεή γωνία ως προς το εμπρόσθιο . Ο σκοπός εδώ ήταν να αιχμαλωτιστούν περισσότερα μιόνια και έτσι να μειωθεί το πρόβλημα διαφυγής και την επακόλουθη εξάρτηση από τις προσομοιώσεις Monte Carlo . Τα πειράματα πήραν περισσότερα δεδομένα με τη νέα αυτή διαμόρφωση του ανιχνευτή και μέχρι το τέλος 1973 είχαν συμπεράνει ότι το σήμα ουδέτερου ρεύματος ήταν πολύ μικρότερο απ’ αυτό που αναφερόταν από το CERN , και πιθανόν ήταν μηδενικό . Αυτά τα νέα κοινοποιήθηκαν στο CERN όπου καταβύθισαν την ήδη σημειούμενη κρίση εμπιστοσύνης στα αποτελέσματα του Gargamelle και μια εργασία στάλθηκε στο Fermilab όπου και διαφαινόταν ότι καμία σημαντική απόδειξη για την ύπαρξη του ασθενούς ουδέτερου ρεύματος δεν επρόκειτο να βρεθεί .

Παρόλα αυτά οι πειραματιστές του HPW είχαν μάθει μέχρι τότε ένα ακόμα εύθραυστο σημείο στα ερμηνευτικά τους επιχειρήματα : τα αδρόνια έχουν διαπεραστικές ιδιότητες. Αυτό το πρόβλημα αφορούσε το γεγονός ότι στην πρώτη εκδοχή του πειράματος το εμπρόσθιο και οπίσθιο τμήμα του ανιχνευτή χωριζόταν από σίδηρο πάχους 4 ποδών , ενώ στη δεύτερη εκδοχή αυτό το διαχωριστικό στρώμα είχε αντικατασταθεί από ατσάλι πάχους 13 ιντσών . Η λειτουργία αυτού του ατσαλιού ήταν να εμποδίσει τα αδρόνια να εισέλθουν στον ανιχνευτή μιονίων - σύμφωνα με τις σύγχρονες προσδοκίες τα μιόνια αλλά όχι τα αδρόνια θα μπορούσαν να διεισδύσουν μέσα από 13 ίντσες ή περισσότερο ατσάλι και ως εκ τούτου κάθε καταγραφόμενο σωματίδιο στο οπίσθιο τμήμα του ανιχνευτή θα μπορούσε να θεωρηθεί ότι είναι μιόνιο . Παρόλα αυτά παρέμενε η πιθανότητα ότι αυτή η υπόθεση ήταν λανθασμένη : ότι τα αδρόνια θα μπορούσαν να ‘‘ διεισδύσουν ’’ μέσα από τις 13 ίντσες ατσαλιού , ακόμα κι αν τα 4 πόδια σιδήρου ήταν πάρα πολύ γι’ αυτά . Σ’ αυτή την περίπτωση , τα παραγόμενα αδρόνια στο εμπρόσθιο τμήμα θα μπορούσαν να διεισδύσουν μέσα από το ατσάλινο φράγμα και να θεωρηθούν σαν μιόνια στο οπίσθιο τμήμα • με άλλα λόγια τα γεγονότα ουδέτερου ρεύματος , χωρίς πραγματικό μιόνιο θα μπορούσαν να μιμηθούν τα γεγονότα φορτισμένου ρεύματος .

Για να αποδείξουν ότι το ασθενές ουδέτερο ρεύμα δεν υπήρχε , η ομάδα HPW έπρεπε να αποδείξει ότι τα αδρόνια που διαπερνούσαν δεν θα μπορούσαν να ευθύνονται για το παρατηρούμενο σήμα ουδέτερου ρεύματος . Εδώ αντιμετώπισαν ένα πρόβλημα πολύ όμοιο μ’ αυτό που αντιμετώπισε η ομάδα του Gargamelle στην εκτίμηση του περιβάλλοντος νετρονίου : οι σχετικές παράμετροι των αλληλεπιδράσεων των αδρονίων ήταν λίγο-πολύ γνωστές , αν όχι καθόλου . Οι Αμερικανοί πειραματιστές ήταν έτσι υποχρεωμένοι να αντιγράψουν τους αντίστοιχους Ευρωπαίους εξάγοντας ‘‘ λογικά ’’ συμπεράσματα και θεωρητικές προεκτάσεις απ’ αυτά τα λίγα που ήταν γνωστά .

Η αρχική εκτίμηση της διαπέρασης έδειξε μια κλίμακα διείσδυσης για τα αδρόνια περίπου 13% - ανεπαρκή για να ευθύνεται για τον αριθμό των μιονίων που καταγράφονταν στο οπίσθιο καταγραφικό τμήμα της συσκευής - και αυτή η εκτίμηση ήταν η βάση του σχεδίου της δημοσίευσης αναφορικά με την απουσία των ουδέτερων ρευμάτων . Πιο λεπτομερείς εκτιμήσεις έγιναν μεταγενέστερα , οι οποίες στην αρχή διαφώνησαν μεταξύ τους , αλλά μετά ενώθηκαν για να κινηθούν προς τα επάνω . Μέχρι τις αρχές του 1974 η εκτιμούμενη κλίμακα των αδρονίων που διαπερνούσαν το φράγμα είχε διπλασιαστεί , με το αποτέλεσμα ότι η συνεργασία HPW θα μπορούσε τώρα να αναφέρει μια τάξη γεγονότος ουδέτερου ρεύματος σε ευρεία συμφωνία με αυτήν που βρέθηκε στο Gargamelle .

Σ’ αυτό το σημείο οι Αμερικανοί πειραματιστές αποφάσισαν να προχωρήσουν με τη δημοσίευση της πρώτης τους αναφοράς το 1973 που ανέφερε την ύπαρξη του ασθενούς ουδέτερου ρεύματος και δυο περαιτέρω δημοσιεύσεις της ίδιας επίδρασης πάνω στα δεδομένα που ελήφθησαν με την νέα ανιχνευτική κατασκευή και που ακολούθησαν γρήγορα .Η δεύτερη εκδοχή της δημοσίευσης του 1973 , που ανέφερε τη φανερή απουσία του ασθενούς ουδέτερου ρεύματος , φυσικά , απορρίφθηκε .

Μέχρι την αρχή του 1974 , τότε, οι πειραματιστές βρέθηκαν στη θέση απ’ όπου τα ευρήματά τους θα μπορούσαν να αντιμετωπιστούν σαν επιβεβαίωση αυτών του Gargamelle. Το τίμημα που πλήρωσαν για αυτό ήταν το ίδιο μ΄ αυτό που πλήρωσαν οι Ευρωπαίοι φυσικοί του θαλάμου αναβρασμού : την εγκατάλειψη της ερμηνευτικής πρακτικής της δεκαετίας του 1960 , που έκανε τα ουδέτερα ρεύματα μη - υπάρχοντα εξ ορισμού, και την υιοθέτηση μιας νέας ερμηνευτικής πρακτικής στη θέση της. Στην αρχή ένα και μετά δύο νέα στοιχεία. Η αρχική δημοσίευση HPW, πάνω στην πρώτη εκδοχή του πειράματος, εξαρτιόνταν κρίσιμα από την προσομοίωση Monte Carlo παραγωγής – στον ανιχνευτή - προσομοιώσεις τις οποίες μερικοί από τους ίδιους τους πειραματιστές δεν εμπιστεύονταν. Η εξάρτηση από την Monte Carlo παραγωγή μιονίων μειώθηκε (αλλά δεν αφαιρέθηκε τελείως) στην δεύτερη εκδοχή του πειράματος, αλλά, όπως είδαμε, η αντικατάσταση του σιδήρου 4 ποδών από τις δεκατρείς ίντσες ατσάλι έκανε έκδηλη μια δεύτερη ομάδα υποθέσεων, που αυτή τη φορά αφορούσαν την διείσδυση των αδρονίων. Όπως τα μιόνια του Monte Carlo, οιο εκτιμήσεις της διείσδυσης εξαρτιόνταν από ‘‘λογικές’’ υποθέσεις που αφορούσαν τις φυσικές ποσότητες που ήταν εκ των προτέρων άγνωστες. Παρόλα αυτά, αν κάποιος δεχόταν τις εκτιμήσεις του διαφυγόντος - μιονίου και των βαθμών διείσδυσης όπως στάθηκαν στις αρχές του 1974, τότε κάποιος θα μπορούσε να συμπεράνει ότι το ασθενές ουδέτερο ρεύμα πράγματι υπήρχε.

Έτσι, και στους δύο κλάδους φυσικής των νετρίνο -θαλάμου φυσαλίδων και ηλεκτρονικών πειραμάτων - το πρότυπο ήταν το ίδιο. Η τάξη της δεκαετίας του 1960, στην οποία ξεχωριστές ερμηνευτικές πρακτικές υποστήριξαν την μη - ύπαρξη του ουδέτερου ρεύματος, μετακινήθηκε στις αρχές της δεκαετίας του 1970 από έναν καινούριο σύνδεσμο φαινομένων πρακτικής. Μπορούμε τώρα να κοιτάξουμε στο ευρύτερο, θεωρητικό, περιεχόμενο στο οποίο τα πειράματα νετρίνο τοποθετούνταν, με σκοπό να συζητήσουμε την δυναμική αυτής της αλλαγής.

Ηλεκτρασθενής Ενοποίηση

Μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1970, η ύπαρξη και οι ιδιότητες του ασθενούς ουδέτερου ρεύματος αντιμετωπίζονταν σαν καλά καθιερωμένες και οι ερμηνευτικές πρακτικές των πειραματιστών του Gargamelle και των HPW είχαν πάρει εκπαιδευτικό χαρακτήρα για τις επόμενες γενιές πειραμάτων με νετρίνο. Από αυτό το σίγουρο πλεονεκτικό σημείο, οι φυσικοί των σωματιδίων έπαψαν να σκέφτονται πάνω στις συνθήκες της ίδιας της ανακάλυψης. Σε αυτό το περιβάλλον οι πιο ενδιαφέρουσες σκέψεις ήταν η συχνότητα με την οποία σημειωνόταν ότι η απόδειξη για την ύπαρξη του ουδέτερου ρεύματος ήταν εκεί όλο τον καιρό ακόμα και πριν τον Gargamelle. Έτσι, το 1979, ένας επικεφαλής πειραματιστής των νετρίνο παρατήρησε :

Ανασκοπικά, είναι πιθανό ότι τα γεγονότα που οφείλονται στα ουδέτερα ρεύματα είχαν φανεί από το 1967. Δεδομένα από το bubble chamber βαρέως υγρού του CERN... έδειξαν ένα εκπληκτικά μεγάλο αριθμό γεγονότων με αδρόνια στο τελικό στάδιο, αλλά όχι ορατό μιόνιο. Οι υπολογισμοί του περιβάλλοντος νετρονίου και πιονίου ήταν τόσο αβέβαιοι έτσι ώστε να καθιστούν το παρατηρούμενο αριθμό γεγονότων μη συμπερασματικό. Το 1967 υπήρχε λίγη πίεση να ανασκευαστούν αυτές οι αβεβαιότητες. Πέντε χρόνια αργότερα το θεωρητικό κλίμα είχε αλλάξει δραματικά έτσι ώστε υπήρχαν επίμονες αλλά προσεκτικές προσπάθειες να επιλυθεί οριστικά το αν τέτοια γεγονότα ήταν στα αλήθεια ανωμαλίες12.

Ένας επικεφαλής των θεωρητικών έθεσε το θέμα πιο δυναμικά όταν σημείωσε ότι τα ουδέτερα ρεύματα θα μπορούσαν κάλλιστα να έχουν αναφερθεί από τα πειράματα νετρίνο της δεκαετίας του 1960, αλλά ότι οι πειραματιστές είχαν μόλις αρχίσει να αναθεωρούν τις ερμηνευτικές τους πρακτικές όταν ‘‘ οι θεωρητικοί παντού στον κόσμο άρχισαν να φωνάζουν για τα ουδέτερα ρεύματα ’’ 13. Στο υπόλοιπο αυτής της αναφοράς θέλω να αναλύσω το γιατί οι θεωρητικοί άρχιζαν να φωνάζουν για ουδέτερα ρεύματα και πως και γιατί οι εκκλήσεις τους μεταφράστηκαν σε πειραματική πρακτική.

Για να αρχίσω : γιατί πράγμα φώναζαν οι θεωρητικοί ; Φώναζαν για μια τάξη θεωρητικών μοντέλων γνωστή σαν ενοποιημένες θεωρίες ηλεκτρασθενούς gauge. Το πρωτότυπο για αυτή την τάξη μοντέλων ήταν το μοντέλο Weinberg - Salam που αρχικά δημοσιεύτηκε από τον Steven Weinberg το 1967 (ο Abdus Salam ανεξάρτητα δημοσίευσε ένα παρόμοιο μοντέλο το 1968). Το μοντέλο Weinberg - Salam είχε δύο ιδιαίτερα ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά. Πρώτα, ενοποιούσε τις ασθενείς και ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις αναπαριστώντας αυτές σαν εκδηλώσεις μιας και μόνο, υποκείμενης ‘‘ ηλεκτρασθενούς ’’ δύναμης. Δεύτερον, ανάμεσα στις βασικές οντότητες του μοντέλου ήταν τα φορτισμένα σωματίδια -W που θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν για να καταλύσουν διεργασίες φορτισμένου - ρεύματος και έναν ουδέτερο συνάδελφο αυτών των σωματιδίων W, που θα οδηγούσε σε διεργασίες ουδέτερου - ρεύματος. Έτσι, στις συνέπειές του από το πείραμα, το μοντέλο Weinberg - Salam διέφερε από τη συμβατική θεωρία V-A των ασθενών αλληλεπιδράσεων ακριβώς σε αυτό που απαιτούσε την ύπαρξη του ασθενούς ουδέτερου ρεύματος.

Αυτό ήταν πολύ ξεκάθαρο όταν ο Weinberg δημοσίευσε την αναφορά του το 1967, αλλά είναι σημαντικό να αναγνωρίσουμε ότι το 1967 ο Weinberg και οι θεωρητικοί του συνάδελφοι δεν άρχισαν αμέσως να μιλούν για ουδέτερα ρεύματα. Για να το τονίσουμε αυτό, εδώ είναι η καταγραφή αρχείων των εργασιών του Weinberg από το 1967 ως το 1973 : 1967, 0; 1968, 0; 1969, 0; 1970, 1; 1971, 4; 1972, 64; 1973, 162. Όπως κάποιος από τους συνάδελφους του Weinberg στο Harvard παρατήρησε όταν ο Weiberg μοιράστηκε το 1979 το Βραβείο Νόμπελ (με τους Salam και Sheldon Glashow) για τη δουλειά του : ‘‘Σπάνια ένα τόσο μεγάλο επίτευγμα, έχει τόσο ευρέως αγνοηθεί’’14. Εντελώς διαφορετικά από το αδράξουν αμέσως την ξεχωριστή προφητεία για τα ουδέτερα ρεύματα του μοντέλου Weinberg - Salam και να αρχίζουν να φωνάζουν στους πειραματιστές, οι θεωρητικοί περί των σωματιδίων στα τέλη της δεκαετίας του 1960 απλώς αποδέχτηκαν την αναφερόμενη μη - ύπαρξη του φαινομένου και αγνόησαν το μοντέλο. Παρόλα αυτά, όπως η καταγραφή αρχείων δείχνει, αυτή η κατάσταση τροποποιήθηκε στις αρχές της δεκαετίας του 1970 και μπορούμε τώρα να δούμε πως έγινε αυτό.

Το μοντέλο Weinberg - Salam τυποποιήθηκε στην γλώσσα ενός ιδιαίτερου είδους θεωρίας κβαντικού πεδίου γνωστή σαν gauge θεωρία. Η πρώτη τέτοια θεωρία είχε διαμορφωθεί το 1954 από τους C. N. Yang και R. L. Mills, που προσπαθούσαν να τυποποιήσουν μια θεωρία πεδίου για τις ισχυρές αλληλεπιδράσεις πάνω στην υψηλά επιτυχημένη θεωρία των ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων – μια θεωρία γνωστή σαν κβαντική ηλεκτροδυναμική ( QED : Quantum ElectroDynamics ) .

Οι gauge theories και των ασθενών και των ισχυρών αλληλεπιδράσεων έτυχαν κάποιας δημοτικότητας ανάμεσα στους θεωρητικούς των σωματιδίων μέσα στη δεκαετία του 1950, αλλά, για διάφορους λόγους στη δεκαετία του 1960 οι gauge theories και η θεωρία κβαντικού πεδίου γενικότερα εγκαταλείφθηκαν. Μεγάλη αναβίωση στην μοίρα της gauge theory άρχισε το 1971 όταν ένας Δανός τελειόφοιτος φοιτητής, ο Gerard ’t Hooft, δημοσίευσε μια απόδειξη ότι η gauge theory ήταν ‘‘ επαναορίσιμη ’’ .

Η σημασία αυτού ήταν η ακόλουθη : οι θεωρίες κβαντικού πεδίου δεν είναι ακριβώς επιλυτικές - οι προβλέψεις τους μπορούν μόνο να υπολογιστούν κατά προσέγγιση. Παρόλα αυτά, κάποιες θεωρίες λέγονται ότι είναι επαναορίσιμες, που σημαίνει ότι με τη χρήση φιλοσοφημένων μαθηματικών τεχνικών , ευαίσθητη κατά προσέγγιση υπολογισμοί μπορούν να διεξαχθούν και να τραβήξουν όσο μακριά οι θεωρητικοί επιθυμούν. Η αρχέτυπη επαναορίσιμη θεωρία πεδίου είναι η QED, από την οποία πολύ συγκεκριμένα – αν και ακόμα κατά προσέγγιση – μπορούν να εξαχθούν προβλέψεις. Αυτό δείχθηκε κυρίως για την QED στα τέλη της δεκαετίας του 1940 και επακόλουθοι συγκεκριμένοι υπολογισμοί εξέθεσαν έναν αξιοσημείωτο βαθμό συμφωνίας με το πείραμα. Άλλες θεωρίες, όπως η θεωρία V - A των ασθενών αλληλεπιδράσεων, έχουν συμφωνηθεί ότι είναι μη - επαναορίσιμες. Σε αυτές τις θεωρίες , φαίνεται να είναι αδύνατον να γίνουν υπολογισμοί με νόημα πέρα από τη πρώτη πράξη προσέγγισης.

Στην ακμή των gauge theories – την δεκαετία του 1950 – υπήρχε η ελπίδα ότι, όπως η QED πάνω στην οποία τυποποιήθηκαν, θα μπορούσε να αποδειχθεί ότι είναι επαναορίσιμες, αλλά τέτοια απόδειξη δεν ήρθε ποτέ. Ούτε, όμως, δείχθηκε ότι είναι μη - επαναορίσιμες. Παρέμεινε μια πιθανότητα ότι ένα αισθητό προσεγγιστικό σχήμα θα μπορούσε να επινοηθεί, αλλά στην συγκεκριμένη χρονική στιγμή κανείς δεν είχε βρει κάποιο. Κάποια βήματα έγιναν προς αυτή την κατεύθυνση κατά την διάρκεια της δεκαετίας του 1960, αλλά αφορούσαν έκδηλα μη ρεαλιστικές τυποποιήσεις της gauge theory και ήταν εμφανώς μόνο καθαρά θεωρητικού και μαθηματικού ενδιαφέροντος. Το μεγάλο επίτευγμα του Gerard ’t Hooft το 1971 ήταν ότι έδειξε ότι μια δυναμικά ρεαλιστική τυποποίηση της gauge theory – καμίας άλλης παρά του μοντέλου ηλεκτρασθενών αλληλεπιδράσεων Weinberg - Salam – ήταν επαναορίσιμη.

Έτσι η δουλεία του ’t Hooft μετασχημάτισε τις αντιλήψεις των θεωρητικών για το μοντέλο Weinberg - Salam. Δεν ήταν πια απλώς μια μαθηματική καινοτομία : ήταν τώρα ένα παράδειγμα μιας δυναμικά ρεαλιστικής επαναορίσιμης θεωρίας για την ασθενή αλληλεπίδραση, και, σαν τέτοια, ήταν υπόλογη σε όλες τις υψηλές μαθηματικές τεχνικές που είχαν αναπτυχθεί στο περιβάλλον της QED. ΟΙ θεωρητικοί με την κατάλληλη πραγματογνωμοσύνη πού γρήγορα έσπευσαν να εκμεταλλευτούν την ευκαιρία να μεταφυτεύσουν τις τεχνικές τους από την QED στην gauge theory, και το νέο πεδίο θεωρητικής πρακτικής που αναπτύχθηκε εν μέρει για την απογείωση των κατοχυρώσεων των εργασιών του Weinberg μετά την δουλειά του ’t Hooft.

Υπήρχε, παρόλα αυτά, μια περαιτέρω διάσταση στην έκρηξη του ενδιαφέροντος για το μοντέλο Weinberg - Salam. Το περιέγραψα σαν ένα δυναμικά ρεαλιστικό μοντέλο -- με την έννοια ότι περιέγραψε μια αντιληπτή κατάσταση του πραγματικού κόσμου – αλλά φάνηκε, βέβαια, να είναι εμπειρικά λάθος : τα ουδέτερα ρεύματα, η θέση - κλειδί του μοντέλου, ήταν ακόμα επίσημα μη υπάρχουσα στις αρχές της δεκαετίας του 1970. Έτσι μια νέα θεωρητική βιομηχανία αναπτύχθηκε, για να επινοήσει μεταβλητές στο μοντέλο Weinberg - Salam στο οποίο οι προβλέψεις ουδέτερων ρευμάτων θα μπορούσαν να αποφευχθούν. Παρόλα αυτά, οι θεωρητικοί συμπέραναν ότι το τίμημα που έπρεπε να πληρωθεί για την υπεκφυγή των ουδέτερων ρευμάτων σε ένα υπολογιστικό μοντέλο ήταν η πρόβλεψη άλλων αλλά έως τώρα μη παρατηρημένων φαινομένων – όπως για παράδειγμα η ύπαρξη νέων, πολύ μεγάλου όγκους λεπτονίων.

Η Συμβίωση της Θεωρίας και του Πειράματος

Στις αρχές της δεκαετίας του 1970, τότε, ένα σχίσμα είχε αναπτυχθεί ανάμεσα στην θεωρητική και στην πειραματική πρακτική στην φυσική της ασθενούς αλληλεπίδρασης. Η αναπτυσσόμενη ομάδα επιστημόνων της gauge theory που δούλευαν πάνω στην ηλεκτρασθενή ενοποίηση, ιδιαιτέρως, βρέθηκαν να επεξεργάζονται θεωρίες φυσικών φαινομένων που δεν είχαν πειραματικά αντίβαρα. Για να προχωρήσουν τα επιχειρήματά τους περαιτέρω, αυτοί οι θεωρητικοί χρειάζονταν κάτι νέο από τους πειραματιστές συναδέλφους τους, και κοινοποίησαν αυτή την ανάγκη μα τον πιο άμεσο τρόπο. Στο CERN, οι επιστήμονες της gauge theory στα τέλη του 1971 κανόνισαν μια παρουσίαση στους πειραματιστές του Gargamelle στην οποία τόνισαν τη σημασία μιας ενεργούς έρευνας για τα ουδέτερα ρεύματα, και έτσι πέτυχαν να εκτοπίσουν την ερμηνευτική πρακτική της εξίσωσης των γεγονότων τύπου ουδέτερου - ρεύματος με το περιβάλλον νετρονίου – στα μυαλά μερικών από τους πειραματιστές, τουλάχιστον. Ταυτόχρονα στις Η.Π.Α., ο ίδιος ο Weinberg έπεισε τους φυσικούς των νετρίνο του NAL για την ανάγκη να ερευνήσουν για ουδέτερα ρεύματα, και το πείραμα HPW σύμφωνα με αυτά επαναθεωρήθηκε και επανασχεδιάστηκε ώστε να στοχεύσει σε αδρόνια αντί σε μιόνια.

Έτσι, σαν ένα αποτέλεσμα της πίεσης από την θεωρητική κοινότητα, οι παλιές ερμηνευτικές πρακτικές της φυσικής των νετρίνο απορρίφτηκαν. Παράμενε ακόμα να τοποθετηθεί κάτι στη θέση τους, αλλά όπως είδαμε, οι πειραματιστές του Gargamelle χρησιμοποίησαν τις προσομοιώσεις Monte Carlo του δικού τους περιβάλλοντος νετρονίου για γεμίσουν το χάσμα και η ομάδα HPW χρησιμοποίησε παρόμοιες εκτιμήσεις για αντιμετωπίσει το διαφεύγων - μιόνιό τους και τα προβλήματα διαπέρασης. Τόνισα ήδη ότι η εγκυρότητα αυτών των προσομοιώσεων και εκτιμήσεων ήταν, κατ’ αρχήν, συζητήσιμη και μπορούμε τώρα να γυρίσουμε στην ερώτηση του γιατί, παρόλα αυτά, έγιναν δεκτές σαν ένα συνηθισμένο κομμάτι της ερμηνευτικής πρακτικής των πειραμάτων νετρίνο στην δεκαετία του 1970.

Η απάντηση είναι απλή : οι ποικίλες προσομοιώσεις και εκτιμήσεις υπονοούσαν την ύπαρξη ενός ασθενούς ουδέτερου ρεύματος το οποίο ήταν, στις αρχές της δεκαετίας του 1970 ένα πολύ κοινωνικά - επιθυμητό φαινόμενο. Για να εξηγήσω τι εννοώ με αυτό, θα θεωρήσω το ουδέτερο ρεύμα από την πλευρά των κοινοτήτων θεωρητικής και πειραματικής φυσικής διαδοχικά.

Το πρώτο πράγμα που θα σημειώσουμε είναι ότι , όσον αφορά τους θεωρητικούς οι υπολογισμοί τέτοιων ποσοτήτων όπως το περιβάλλον νετρονίου στο πείραμα του Gargamelle δεν είχε ενδιαφέρον. Οι λεπτομέρειες των αλληλεπιδράσεων ανάμεσα στα νετρόνια και το πυρηνικό υλικό ήταν μια ‘‘ νεκρή ’’ περιοχή της θεωρίας των σωματιδίων – δεν δεσμευόταν με ενεργή επικρατούσα άποψη θεωρητικής πρακτικής . Όσο τα εισερχόμενα δεδομένα στα Monte Carlo των πειραματιστών ήταν ‘‘λογικά’’ , οι θεωρητικοί δεν είχαν λόγο να τα αμφισβητούν - αν τους έδιναν καθόλου προσοχή.

Παρόλα αυτά , με την προσοχή στραμμένη στο ασθενές ουδέτερο ρεύμα , η κατάσταση ήταν πολύ διαφορετική : αυτό το φαινόμενο δεσμεύτηκε με την πρακτική της αναπτυσσόμενης ομάδας των επιστημόνων της gauge theory πολύ άμεσα και είχε δύο άμεσες συνέπειες για αυτό . Πρώτα , το ουδέτερο ρεύμα ήταν ένα φαινόμενο το οποίο οι επιστήμονες της gauge theory θα δήλωναν σαν δικαιολογία για την πρακτική τους - ένα επιχείρημα ότι η δουλειά τους ήταν αισθητή και θα έπρεπε να ληφθεί σοβαρά υπόψη. Δεύτερον, ήταν ένα φαινόμενο το οποίο τους έδωσε κάτι καινούριο να κάνουν, το αντικείμενο - ζήτημα για περαιτέρω πρακτική : θα μπορούσαν, για παράδειγμα, να συγκρίνουν τις παρατηρήσεις του πειράματος στο Gargamelle με προσδοκίες από τα υπάρχοντα ηλεκτρασθενή μοντέλα, να επινοήσουν νέα μοντέλα, να κάνουν προβλέψεις για περαιτέρω πειράματα κτλ. Και ήταν, στην πραγματικότητα, αυτό το ρεύμα πρακτικής επάνω στην gauge theory που καθόρισε τη σκηνή για τις μεγάλες πειραματικές ανακαλύψεις του 1974 - τα σωματίδια ‘‘ψ’’ - και για την ερμηνεία τους με βάση την ‘‘γοητεία’’ τους.

Όσον αφορούσε τη κοινότητα των πειραματιστών, η άποψη ήταν κατά πολύ η ίδια. Τα εισαγόμενα δεδομένα στα Monte Carlo ήταν μια νεκρή περιοχή για τους πειραματιστές επίσης και ό,τι θα μπορούσαν να ζητήσουν ήταν να μην υπάρχει έκδηλη διαμάχη με τα τόσο λίγα σχετικά δεδομένα που υπήρχαν. Από την άλλη μεριά, το ασθενές ουδέτερο ρεύμα αντιπροσώπευε ένα εντελώς καινούριο φαινόμενο το οποίο τα πειράματα νετρονίων (και άλλα) θα μπορούσαν να εξερευνήσουν χρησιμοποιώντας τις υπάρχουσες τεχνικές τους και εξελίξεις από αυτές. Με σκοπό να φέρουν αυτό το φαινόμενο στην πράξη, οι φυσικοί των θαλάμων φυσαλίδων έπρεπε μόνο να λάβουν σοβαρά υπόψη το είδος των υπολογισμών του περιβάλλοντος - νετρονίου που είχαν ήδη εκτελεστεί - αλλά είχαν αγνοηθεί - στη δεκαετία του 1960 × και οι ηλεκτρονικοί πειραματιστές έπρεπε μόνο να σταματήσουν να στοχεύουν στα μιόνια και να εκτελέσουν τις δικές τους εκτιμήσεις περιβάλλοντος. Στην συναίνεση τους στην πραγματικότητα του ουδέτερου ρεύματος, οι πειραματιστές εξέλαβαν το κάτι σαν τίποτα. Και ξανά, η πραγματικότητα του ουδέτερου ρεύματος αποτέλεσε τόσο αιτιολόγηση όσο και αντικείμενο για περαιτέρω πειραματική πρακτική. Έτσι, για παράδειγμα, στις αρχές του 1973 οι πειραματιστές του Gargamelle έκαναν τα υπάρχοντα στοιχεία τους για το ασθενές ουδέτερο ρεύμα τη βάση για την (επιτυχή) απαίτηση από τη διοίκηση του CERN για χρόνο ακτινοβολίας στον οποίο να πάρουν δύο εκατομμύρια περισσότερες εικόνες × και, στα επόμενα χρόνια, η εξερεύνηση των ιδιοτήτων του ουδέτερου ρεύματος αποτέλεσε ένα από τα κύρια επιχειρήματα για τις επόμενες γενιές πιο πολύπλοκων πειραμάτων με νετρίνο.

Έτσι, και οι θεωρητικοί και οι πειραματιστές είδαν στο ασθενές ουδέτερο ρεύμα γόνιμες ευκαιρίες για μελλοντική πρακτική. Και παρόλο που είναι σαφές σε αυτά που ειπώθηκαν παραπάνω, θέλω να καταστήσω σαφή εδώ τη συμβιωτική φύση της σχέσης ανάμεσα στη πειραματική και τη θεωρητική πρακτική που διατήρησε και διατηρήθηκε από την πραγματικότητα του ουδέτερου ρεύματος. Ο υψηλά επηρεάζων θεωρητικός Murray Gell-Mann έδειξε προς τα εκεί όταν το 1972 – πριν από την ανακάλυψη του Gargamalle – σημείωσε ότι ‘‘τα προτεινόμενα [ηλεκτρασθενή] μοντέλα είναι ένα ορυχείο για τους πειραματιστές’’15. Ήταν ακριβώς η πρακτική των επιστημόνων της gauge theory όπως ο Gell-Mann που εγγυήθηκαν ότι τα ουδέτερα ρεύματα θα αντιμετωπίζονταν σαν ένα σημαντικό θέμα προς διερεύνηση από τα πειράματα με νετρίνο16. Και αντίστροφα, ήταν ακριβώς οι πειραματικές αναφορές πάνω στο ουδέτερο ρεύμα που τροφοδότησαν και νομιμοποίησαν τη συνεχιζόμενη πρακτική των επιστημόνων της gauge theory. Σαν ένα πραγματικό φαινόμενο, το ασθενές ουδέτερο ρεύμα, ήταν ένα πειραματικό ορυχείο για τους θεωρητικούς και τους πειραματιστές ομοίως και η αποδοχή της καινοτομικής ερμηνευτικής πρακτικής ήταν ένα μικρό τίμημα που έπρεπε να πληρωθεί.

Συζήτηση

Συμπερασματικά , θα συνοψίσω την ιστορία του ασθενούς ουδέτερου ρεύματος και τη γενική μορφή της ανάλυσής μου .

Η ιστορία του ουδέτερου ρεύματος μπορεί να διαιρεθεί σε δυο περιόδους σταθερότητας χωρισμένες από μια περίοδο σχετικού αναβρασμού. Η πρώτη σταθερή περίοδος εκτεινόταν από την δεκαετία του 1960 έως το 1971 . Κατά το χρονικό αυτό διάστημα οι θεωρητικοί και οι πειραματιστές χαίρονταν να συμφωνούν ότι το ουδέτερο ρεύμα δεν υπήρχε . Το 1971 , ο ’t Hooft έδειξε ότι οι gauge field theories , συμπεριλαμβανομένης της ενοποιημένης ηλεκτρασθενούς gauge theory που προτάθηκαν το 1967 από τους Weinberg και Salam ήταν επαναορίσιμες. Αμέσως μετά την δουλειά του ’t Hooft ένα χάσμα δημιουργήθηκε στο οποίο οι επιστήμονες της gauge theory επεξεργάστηκαν τα ηλεκτρασθενή μοντέλα των οποίων τα περικλειόμενα φαινόμενα δεν ήταν γνωστά στον πειραματιστή - όπως το ασθενές ουδέτερο ρεύμα . Η αρμονία ανάμεσα στη θεωρία και το πείραμα αποκαταστάθηκε στα μέσα του 1973 όταν οι πειραματιστές , πρώτα στο CERN και μετά στο NAL , ανέφεραν ότι το ουδέτερο ρεύμα είχε το ίδιο εκδηλωθεί σε αυτούς .

Συμπιεσμένο σε μια μόνο παράγραφο , αυτό ακούγεται σαν ιστορία των επιστημόνων περί θεωρητικής πρόβλεψης που ακολουθείται από άμεση πειραματική επιβεβαίωση - αλλά προσπάθησα να δείξω ότι τα θέματα δεν ήταν με κανένα τρόπο τόσο ευθύδρομα . Πρώτα , προσπάθησα να δείξω ότι το επιστημονικό πείραμα δεν θα έπρεπε να εξισώνεται με την παθητική και απροβλημάτιστη παρατήρηση των φυσικών φαινομένων . Τα φαινόμενα βασίζονται σε πειραματικές πρακτικές που φαίνονται μη-προβληματικές μόνο όσο δεν εξετάζονται . Κρίσιμη στην ανακάλυψη του ασθενούς ουδέτερου ρεύματος - και κρίσιμη στην επανασύνδεση του χάσματος ανάμεσα στις κοινότητες της πειραματικής και θεωρητικής φυσικής των σωματιδίων - ήταν μια στροφή στην ερμηνευτική πρακτική των πειραματιστών των νετρίνο .Η ερμηνευτική πρακτική στην δεκαετία του 1960 , που υποστήριξε την μη-ύπαρξη του ουδέτερου ρεύματος , αντικαταστάθηκε από αυτή της δεκαετίας του 1970 , που έκανε το ουδέτερο ρεύμα να εκδηλωθεί .Προσπάθησα να δείξω ότι ούτε η πρακτική της δεκαετίας του 1960 ούτε αυτή της δεκαετίας του 1970 ήταν από μόνη της άξια συγκατάθεσης - κάθε μια ήταν ανοικτή σε αντίθετη επιχειρηματολογία . Και πρότεινα ως εκ τούτου ότι οι πειραματικές πρακτικές και τα φυσικά φαινόμενα είναι δεμένα αδιάρρηκτα μαζί • συναίνεση στη μια είναι τελικά συναίνεση στην άλλη . 17

Ακολούθως αυτού , προσπάθησα να δείξω ότι η εκτίμηση των φυσικών φαινομένων είναι η ίδια εξαρτημένη από την δυναμική όψη της επιστημονικής πρακτικής : δηλαδή από την συνεχιζόμενη διαδικασία της επιλογής των πειραματιστών για να εκτελεστεί ένα πείραμα παρά ένα άλλο και των θεωρητικών για να επεξεργαστούν μια θεωρία παρά μια άλλη . Η σαφής κεντρική ιδέα αυτής της όψης της ανάλυσης ήταν ότι οι επιστήμονες αξιολογούν τα φαινόμενα με όρους της δικής τους προηγούμενης εμπειρίας και των μελλοντικών στόχων • και ότι , μέσα στο κατά αυτό τον τρόπο αποτελούμενο δυναμικό σύστημα , τα φυσικά φαινόμενα είναι τα μέσα που διατηρούν και διατηρούνται από , μια συμβίωση της πειραματικής και θεωρητικής πρακτικής - μια συμβίωση μέσα στην οποία κάθε παλμός πρακτικής αποτελεί και αιτιολόγηση και θέμα-αντικείμενο για την άλλη .Από αυτήν την άποψη , οι δυο περίοδοι σταθερότητας στη φυσική των νετρίνο είναι ευθύβολα κατανοητές : μέσα σε κάθε περίοδο , κάθε γενιά πειραμάτων πυροδότησε την επόμενη γενιά θεώρησης και αντίστροφα . Έτσι , η θεωρητική εργασία στην δεκαετία του 1960 πάνω στην παράδοση της V - A και η πειραματική εργασία στις αλληλεπιδράσεις - νετρίνο αναπτύχθηκαν παράλληλα και αμοιβαία - ενισχύοντας τις γραμμές μέσα σε ένα φαινομενικό κόσμο στον οποίο το ουδέτερο ρεύμα δεν είχε ρόλο .Ακολουθώντας την στροφή στην ερμηνευτική πρακτική που συσχετίστηκε με τα πειράματα του Gargamelle και των HPW καθιερώθηκε μια καινούρια συμβίωση . Άλλη μια φορά οι φυσικοί των σωματιδίων είχαν στα χέρια τους τα απαιτούμενα εργαλεία - οι πειραματιστές τους ανιχνευτές νετρίνο και τις ερμηνευτικές τους πρακτικές . Οι θεωρητικοί τις ηλεκτρασθενείς gauge theories - για να προχωρήσουν με ένα κοινωνικά-κατασκευαστικό τρόπο σε έναν φαινομενικό κόσμο που περιελάμβανε τώρα το ασθενές ουδέτερο ρεύμα .

Λιγότερο ευθύ για να το καταλάβουμε είναι το πως τέτοιες σταθερές περίοδοι συμβίωσης διακόπηκαν : ιδιαίτερα , το γιατί ένα ανάρμοστο ταίριασμα ανάμεσα στη θεωρία και το πείραμα αναπτύχθηκε στη φυσική των σωματιδίων στις αρχές της δεκαετίας του 1970 ; Εδώ έχω προτείνει ότι η ‘‘ εσωτερική ’’ δυναμική της θεωρητικής πρακτικής ήρθε μπροστά . Το επιχείρημα μου ήταν ότι οι θεωρητικοί των σωματιδίων είδαν στην δημοσίευση του ’t Hooft του 1971 για την επαναορισιμότητα της gauge theory ευκαιρίες για κατασκευαστική πρακτική : όλες από τις τεχνικές που είχαν αναπτυχθεί για τον χειρισμό επαναορίσιμων θεωριών θα μπορούσαν να μεταφυτευτούν σε αυτή την περιοχή , και πράγματι αυτό είναι ακριβώς που οι θεωρητικοί με την κατάλληλη εμπειρία έκαναν . Πραγματικά , στο παρόν κείμενο , το έκαναν αυτό με το ένα μάτι στην πιθανότητα της συμβίωσης με τους πειραματιστές συναδέλφους τους , επεξεργαζόμενοι κυρίως εκείνες τις gauge theories που ήταν φυσικά ρεαλιστικές - το μοντέλο Weinberg - Salam και παραλλαγές αυτού . Στην πορεία αυτής της θεωρητικής εργασίας έγινε φανερό ότι κάποιο νέο φαινόμενο χρειαζόταν και όπως είδαμε , οι πειραματιστές των νετρίνο τροποποίησαν τις ερμηνευτικές τους πρακτικές , παρήγαγαν το ουδέτερο ρεύμα , και επανεγκαθίδρυσαν τη συμβίωση ενός νέου βήματος .

Έτσι , όπως υποσχέθηκα στην εισαγωγή αυτού του απολογισμού , η επεξηγηματική έμφαση ήταν σε αυτό που οι επιστήμονες κάνουν παρά στα φαινόμενα τα οποία αναφέρουν .Επικέντρωσα την προσοχή σε δυο πλευρές επιστημονικής πρακτικής : στην ερμηνευτική πλευρά της πειραματικής πρακτικής , από όπου τα γεγονότα στο εργαστήριο μετασχηματίζονται σε αναφορές σχετικά με τον φυσικό κόσμο • και τη δυναμική πλευρά τόσο της πειραματικής όσο και της θεωρητικής πρακτικής , σε σχέση με τις επιλογές των επιστημόνων για το ποια πειράματα να εκτελέσουν , με ποιες θεωρίες να ενασχοληθούν κ.τ.λ. Το επιχείρημα μου ήταν ότι , απέχοντας από το να είναι διακριτές , αυτές οι δύο πλευρές είναι δεμένες μαζί στο επίπεδο των φυσικών φαινομένων . Η σχετική αποδοχή των διαφόρων πειραματικών και ερμηνευτικών πρακτικών καθοριζόταν από την εμπειρογνωμοσύνη και τους στόχους και τους πειραματιστές και τους θεωρητικούς .

Από αυτή την οπτική γωνία , η επιστήμη δεν φαίνεται πλέον να περιγράφεται επαρκώς από την άποψη μιας σχέσης αντιπαλότητας στην οποία το πείραμα ελέγχει τη θεωρία . Μια εικόνα των πειραματιστών και των θεωρητικών σαν συνεργάτες στην παραγωγή , παρά στην ανακάλυψη , ενός φαινομενικού κόσμου φαίνεται πιο κατάλληλη . Αυτή η εικόνα των επιστημόνων σαν παραγωγών φυσικών φαινομένων είναι , περισσότερο από ποτέ , διεγερτική . Προκαλεί πολλά ερωτήματα που αφορούν τη φύση και τη δυναμική της επιστημονικής πρακτικής , τις απαντήσεις σε ορισμένα από αυτά προσπάθησα να σκιαγραφήσω εδώ . Σίγουρα δεν θα ισχυριζόμουν ότι έχω δώσει εξαντλητικές απαντήσεις σε όλα τα ερωτήματα που προκύπτουν , αλλά ελπίζω ότι έχω δείξει ότι είναι ενδιαφέροντα - και προσβάσιμα στις κατάλληλες μεθόδους των ιστορικών .

Και αυτό , πιστεύω , είναι μια επαρκής αιτιολόγηση για το ότι τα φαινόμενα δεν πρέπει να τοποθετούνται πρώτα .

Σημειώσεις

Χρησιμοποιώντας αυτό τον όρο δεν εννοώ ότι όλοι οι επιστήμονες προσυπογράφουν τέτοιους απολογισμούς, ούτε ότι η παραγωγή τους είναι μόνο περιορισμένη στους επιστήμονες. Εννοώ ότι τέτοιοι απολογισμοί συνήθως παράγονται από μέλη της επιστημονικής κοινότητας, για παράδειγμα σε επιστημονικά εγχειρίδια και σε δημοσιευμένες εκλαϊκεύσεις για μη έμπειρους αναγνώστες.
Για ένα κατάλληλο παράδειγμα αυτού του τύπου ιστορικού απολογισμού, βλέπε D.B.Cline, A.K.Mann και C.Rubbia , "The Detection of Neutral Weak Currents", Scientific American, 231 (Δεκέμβρης 1974), σελ.108-119.
Το σχήμα 3, για παράδειγμα, δείχνει μία φωτογραφία στην οποία ένα νετρίνο υποτίθεται ότι εισέρχεται από χαμηλά με ανοδική πορεία. Κανένα ίχνος δεν ανταποκρίνεται σε αυτό το νετρίνο, αλλά τα ίχνη των φορτισμένων-σωματιδίων που αποκλίνουν από το κατώτερο άκρο αποδίδονται σε προϊόντα της δικής του αλληλεπίδρασης με ένα ατομικό πυρήνα μέσα στο υγρό.
Οι αναγνώστες των απεικονίσεων αυτής της εργασίας έχουν προτείνει ότι αναπαριστά ότι το πείραμα Gargamelle ήταν " αρκετά ασταθές ". Αυτή η άποψη είναι λανθασμένη. Η ανάλυση του προβλήματος του περιβάλλοντος νετρονίου στο Gargamelle, για παράδειγμα, ήταν αρκετά περισσότερο λεπτομερής και εξονυχιστική παρά την ανάλυση των τετριμμένων πειραμάτων.
E.C.M.Young, "High Energy Netrino Interactions",CERN Yellow Report, CERN 67-12 (Απρίλιος 1967), σελ. 41.
G.Myatt, "Background Problems in a Bubble Chamber Neutrino Experiment", Neutrino Meeting, CERN, Γενεύη, 13-14 Ιανουαρίου 1969, J.B.M.Pattison, C.A.Ramm και W.A.Venus, CERN Yellow Report CERN 69-28, σελ.145-158.
Ibid., σελ.146.
Πριν από το πείραμα HPW, πέντε ηλεκτρονικά πειράματα νετρίνο είχαν πραγματοποιηθεί, δύο στο Brookhaven (1961 και 1963), δύο στο CERN (1963 και 1967), και ένα στο Argonne National Laboratory κοντά στο Σικάγο (1965)…
Αυτό είναι σε αντίθεση με τους θαλάμους φυσαλίδων, όπου κάθε αλληλεπίδραση έχει ως αποτέλεσμα ίχνη που εμφανίζονται στο φιλμ, ακόμα και αν οι πειραματιστές δεν δείχνουν ενδιαφέρον για τέτοιες αλληλεπιδράσεις.
P.Galison, " How the
First Neutral Current Experiments Ended", Reviews of Modern Physics, 55 (1983) σελ.477-509.
Φυσικοί εκτός της συνεργασίας συμμερίστηκαν αυτή την δυσπιστία των προσομοιώσεων Monte Carlo του HPW…
Sciulli, "An Experimenter's History of Neutral Currents", Progress in Particle and Nuclear Physics, 2 (1979), σελ. 41-87, στη σελ. 46 (επιπλέον έμφαση).
J.J.Sacurai "Neutral Currents and Gauge Theories-Past, Present and Future", Current Trends in the Theory of Fields, J.E Lannuti and P.K.Williams (New York: Αμερικανικό Ινστιτούτο Φυσικής, 1978), σελ.38-80, σελ. 45. Εκτός από τα πειράματα νετρίνο της δεκαετίας του 1960 στο Brookhaven και στο CERN, ο Sakurai ανέφερε επίσης ένα πείραμα "αποτύπωσης ακτινοβολίας", το 1970 που πραγματοποιήθηκε στο Stanford Linear Accelerator Center. Γεγονότα τύπου ουδέτερου ρεύματος παρατηρήθηκαν σε αυτό το πείραμα αλλά απορρίφθηκαν ξανά ως πιθανά λόγω του περιβάλλοντος του νετρονίου.
S.Coleman , "The 1979 Nobel Prize in Physics", Science, 206 (14 Δεκεμβρίου 1979), σελ.1290-1292, σελ. 1291. Έχω πάρει την φράση αυτούσια για την εργασία του Weinberg από αυτό το άρθρο…
M.Gell-Mann, "General Status: Summary and Outlook", Proceedings of the 16th International Conference on High Energy Physics, NAL, 6-13 Σεπτεμβρίου 1972, J.D.Jackson και A.Roberts, (Batavia:NAL , 1972), Vol.4, σελ. 333-356, σελ. 336.
Μέχρι το 1972 η κοινότητα των θεωρητικών εισερχόταν σε ένα καθεστώς με συναφή διέγερση. Καθώς έγινε σαφές ότι αυτές οι αναπτύξεις συνεπάγονταν σημαντικές ευκαιρίες για μέτρηση, ο ενθουσιασμός εξαπλώθηκε στους πειραματιστές των σωματιδίων.
Έχω εστιάσει πάνω στην ερμηνευτική σκοπιά της πειραματικής πρακτικής γιατί αυτή ήταν η πιο καταφανής αμφισβητίσημη όψη των πειραμάτων στα οποία το ασθενές ουδέτρο ρεύμα ανακαλύφθηκε .Παρόλα αυτά, δεν θέλω να προτείνω ότι άλλες " συντελεστικές "σκοπιές της πειραματικής πρακτικής δεν είναι προβληματικές .Με το " συντελεστικές " , θέλω να αναφέρω άλλες έξυπνα διαχειριζόμενες λειτουργίες στο εργαστήριο όπως βάζοντας εμπρός τη συσκευή,ρυθμίζοντας τη, βεβαιώνοντας ότι " δουλεύει " κ.ο.κ. Τέτοιες συντελεστικές πρακτικές συνδέονται σίγουρα και με ερμηνευτικές πρακτικές και με φαινόμενα στα οποία δίνουν έκταση . Σαν παράδειγμα τέτοιων συντελεστικών πρακτικών, κάποιος μπορεί να σκεφτεί το επεισόδιο στο οποίο η ομάδα HPW "βελτίωσε " τη συσκευή της, αντικαθιστώντας τα 4 πόδια μεταλλικής ασπίδας με 13 ίντσες από ατσάλι. Εκείνη την στιγμή, αυτή η αντικατάσταση θεωρήθηκε άσχετη με τα απορρέοντα φαινόμενα. Φυσικά, ακύρωσε το σήμα του ουδέτερου ρεύματος, αλλά κάποιος μπορεί να φανταστεί ότι σε ένα διαφορετικό περιβάλλον (π.χ, αν η ομάδα του Gargamelle δεν είχε ήδη δημοσιεύσει την ανακάλυψή της) αυτό απλά θα είχε ληφθεί για να συσχετίσει ότι μία γνήσια βελτίωση είχε γίνει. Η εξαφάνιση του σήματος οδήγησε τους πειραματιστές να αναθεωρήσουν την ερμηνευτική τους πρακτική όσον αφορά την "διαπέραση" και αυτό τελικά κορυφώθηκε στην επανεμφάνιση του σήματος. Έτσι, σε αυτή την στιγμή κάποιος μπορεί να διαφωνήσει ότι η συντελεστική πρακτική, η ερμηνευτική πρακτική και τα φυσικά φαινόμενα θα έπρεπε να καθοριστούν μαζί.
Γενικά φαίνεται λογικό να υποθέσουμε ότι τα φυσικά φαινόμενα επιπλέουν σε μία θάλασσα ερμηνευτικών και συντελεστικών πρακτικών, από τα οποία όλα είναι καταρχήν ευάλωτα σε αμφισβητήσεις. Παραφράζοντας τον Harry Collins, για να αποφασίσει κάποιος αν ένα φυσικό φαινόμενο υπάρχει πρέπει ταυτόχρονα να αποφασίσει πώς ορίζεται ένας "καλός", ανιχνευτής για αυτό το φαινόμενο, και τα κριτήρια αυτά δεν ορίζονται εκ των προτέρων.

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου