我们现在来看两组发现中性流的实验，分别在大西洋两岸进行。尽管这些特定的实验仍留下许多关于中性流特性的有待解决的问题，但做出了更多的精密研究（例如关于时空以及中性流同位素自转的实验），这些研究首次说服了许多物理学家（理论家与实验者兼有）相信高能级中性流的存在。两组实验分别为位于伊利诺伊州巴达维亚的费米国家加速器实验室所开展的E1A，以及在欧洲核子中心开展的加尔加梅勒协作研究。担任E1A实验工作的合作团队由来自哈佛大学、威斯康辛麦迪逊分校、宾夕法尼亚大学，以及美国国家加速器实验室（后来更名为“费米实验室”）的实验小组组成，即哈佛-威斯康辛-宾夕法尼亚-费米实验室通常简称为“哈佛-威斯康辛-宾夕法尼亚-费米实验室合作团队”。
在欧洲，加尔加梅勒研究组织由来自牛津大学、奥赛直线加速器实验室、亚琛工业大学第三物理研究所、米兰大学、英国伦敦大学学院、巴黎综合理工学院、布鲁塞尔大学跨校高能物理研究院以及欧洲核子中心的实验小组组成。超过70名物理学家最终签署了各类关于中性流的报告（见附录）。还有许多其他的管理者、实验人员、学生以及技术人员参与了不计其数的策划与分析阶段。
这里并非回顾20世纪60年代弱相互作用理论发展。然而，站在实验者的角度看，众多理论上的兴趣点简单明了地共同交织在由梅尔文·施瓦兹（Melvin Schwartz）个人、李政道与杨振宁在《物理评论快报》（Physical Review Letters）的两篇相关论文，以及布鲁诺·庞蒂科夫（Bruno Pontecorvo）独立概括的一项广泛的实验项目中。[1]这三名作者强调中微子会成为弱相互作用的理想探针，因为其（像电子和μ介子）对于强作用力是完全免疫的，且中微子不含任何电荷，所以它不会受到电磁力的影响。他们所提出的一些建议成为下一个十年所执行实验的指导原则。所有使用过的中微子束大致产生的方式如下：质子加速撞击到坚硬的目标物体，在其中产生了介子与k介子。介子与k介子延着一根真空管下方移动直到其中部分衰变为μ介子与中微子。通过引导μ介子与未衰变的介子穿过数米深的泥土，他们可以停下来，仅留下一束中微子（见图4.18和图4.19）。
凭借中微子束，许多实验成为可能，包括：①两类中微子实验。衰变产生的中微子可能与那些产生于介子衰变的中微子相同或不同。凭借一束介子产生的中微子我们可以判断是哪种情况。②测试弱相互作用的时空结构。自费米提出弱相互作用理论的那天起，众多不同形式的弱相互作用应运而生。“V-A理论”保持了费米最初的想法——使基本的相互作用像电流那样进行。这在格拉肖、温伯格，以及萨拉姆的理论诞生前是占主导地位的弱相互作用理论。[2]V-A理论也很好地解释了最近发现的宇称不守恒现象。[3]此外，中微子束能够详细测试V-A理论的影响，例如预测部分弱电流会像电磁流那样守恒（矢量流守恒假设）。③测试轻子守恒。当电子与μ介子产生于粒子的相互作用时，通常伴有中微子。中微子束有助于确定是否存在新的和电子与μ介子有关的量子数。如果有，则情况可能是1个电子（电子数+1）总是与1个反电子中微子（电子数-1）共同产生。④测试电子-μ介子普遍性。μ介子看似仅仅是质量更大的电子。中微子束能够帮助物理学家发现除质量外，μ介子与电子中产生的弱相互用是否真的相同。⑤中间矢量玻色子研究。对于E1A与加尔加梅勒来说，关于中微子束最重要的建议是主张中微子相互作用能够用于尝试及产生中间矢量玻色子，W。
图4.18 1967年加尔加梅勒室的位置以及中微子束。示意图中的大圈是欧洲核子中心的质子同步加速器，能够将质子移动速度提高到240亿电子伏特。其中一些质子会沿着连接加尔加梅勒（GGM）的束流管射出。当高能量质子猛烈撞击钹或者铝目标物体时，它们会产生大量的介子和K介子。这些轻质的不稳定的新粒子继续朝着加尔加梅勒移动，其中一些衰变为中微子。大部分没有衰变为中微子的粒子被超过3000吨重22米长的铁所阻挡。来源：示意图，CERN/PIO/RA 77-4。
图4.19 欧洲核子中心安置加尔加梅勒室的厂房航拍图，1967年8月。该图片所示的方位与图4.18类似。来源：CERN 109-8-67。
在1960年发表的关于中间矢量玻色子研究的作品中，李政道与杨振宁提出带电中间矢量玻色子的最好的研究方法是研究中微子反应。
其中Z代表带电Z粒子的一个核，l-是带阴电荷的轻子。[4]此外，因为众所周知K介子无法承受快速地衰变为中间矢量玻色子和伽马射线，李政道与杨振宁认为中间矢量玻色子的质量必须大于K介子；从为大家接受的费曼/盖尔曼（V-A）形式的弱相互作用来看，中间矢量玻色子处于旋转态。除此之外，所知甚少。杨振宁与李政道提出的研究假设中间矢量玻色子中含有已知粒子中质量最大的粒子——核子。凭此假设，他们能够粗略计算反应式（4.1）的交集以及中间矢量玻色子衰变产物的产生率：μ介子加上中微子。“如果通过实验没有发现W±”他们写道，“可能会将W的质量限制设定得更低一些。”[5]
对W±的研究形成了国家加速器实验室开展E1A以及欧洲核子中心建造加尔加梅勒的主要动机。通过对比，对中性流的研究是次要的，因为在关于现象的理论中看似没有任何迫切的理由要去证明中性流存在。因此，当拉加里格、鲁塞，以及缪塞于1964年2月为筹建一个新的气泡室共同提出一个初步项目方案时，他们的兴趣集中于研究带电中间矢量玻色子，即使现象学理论对于中间矢量玻色子的质量没有上限约束。[6]因此，无法确保在新方案中的中微子能量足够产生中间矢量玻色子。尽管如此，随着1963年锡耶纳会议的临近，人们希望能在某处，在一定电子伏特的范围内会发现该粒子，这在下一代实验的掌控之内。[7]
缪塞和鲁塞讨论了其他的项目，但是即使是在1964年加尔加梅勒室的施工人员准备好一份主要的项目方案时，他们仅用三句话便搁置了中性流研究项目。[8]像加尔加梅勒室这么大的物理研究目标必须在会上讨论，有特定的工作小组汇报关于束流、K介子研究、μ介子研究，以及通过使用质子消除反质子而形成新粒子等问题。对此项目来说，通过常规的物理研究会议讨论细节毫无意义；参与的实验室有权决定如何使用它们的设备。此外，随着项目的进展，确定室内液体的特性、束流的参数，以及进行适当的数据分析会超出旁观者的正常兴趣范围。
加尔加梅勒使用者委员会是为陈述这些内容所成立的，成员会间歇性地会面制定会议日程。有时会邀请到访的理论家或其他专业人士讲话。会议一般会持续几天并发布数百页的会议记录。在1968年10月的第一次会议中，唐纳德·珀金斯（Donald H.Perkins）做了一份关于中微子物理学的报告，将中性流作为附属话题。[9]两年后，随着加尔加梅勒临近完工，珀金斯重写了所提议的物理学方案。[10]在物理研究目标清单的最上方保留了中间矢量玻色子的研究。然后是对早先弱相互作用理论所预测的各种过程的研究，并未采用中间矢量玻色子的理论。尽管如此，并非一切都是相同的。自最初的项目提案提交那天起，斯坦福直线加速器中心的一个小组便开始了一项实验，在实验中他们凭借大的动量传递实现了从核子中非弹性散射出电子。[11]就像欧内斯特·卢瑟福所展示的那样，原子通过分散的阿尔法粒子包含坚硬的小核子，因此斯坦福直线加速器中心实验团队通过散射电子展示了核子的内部结构。
更确切地说，卢瑟福所观察到的散射模式（卢瑟福散射）描绘了粒子从点散射体发生偏转的特征。“莫特散射”对于相对速度粒子来说仅仅是此模式的普遍化描述。斯坦福直线加速器中心令人震惊的实验结果是核子中电子的散射模式以一种不受高达50亿电子伏特能量影响的方式与莫特散射模式成正比例放大或缩小。
此特殊的实验结果（称为标度）对理查德·费曼与詹姆斯·布约肯（James Bjorken）的启示是电子从尚未明确包含于质子与中子中的点散射体散射出来。费曼将这些点散射体命名为“部分子”，此部分子很快地被布约肯与伊曼纽尔·帕斯克斯（Emmanuel Paschos）确定含有夸克。[12]
出于对部分子的兴趣，研究高能量中微子相互作用的表现更具激励性。如果斯坦福直线加速器中心的实验结果适用于更高的能量，中微子与部分子发生相互作用的可能性随能量线性增加。因此，如今对中间矢量玻色子的研究都伴随着部分子模型研究所带来的兴奋感觉。每个人都将中性流研究视为次要的。在列出重要的题目清单后，珀金斯在他1970年列出的计划开展的实验清单后附上了备注：“此外，当然还有很多吸引人的题目，例如中性流等。然而，这些问题也可用其他室来研究。另一方面，我们可以断言加尔加梅勒是一个用于研究像中间矢量玻色子和部分子假设问题的独特设备。”[13]当来自法国的实验小组对此方案提出新的草案时，他们也主张增加对部分子模型测试的关注。中性流实验仅需要走一个过场：“我们没有提及几处显著的问题，其中现有的限制并非主要来自背景：弹性碰撞过程、轻子守恒以及中性流。”[14]
尽管他们的作用、方案、附录以及文字不足以应对为这样的大型设备解决研究优先级的任务。人们还是需要进行面对面的会议。早在1971年6月，便有超过100名物理学家聚集在一起参加在伦敦召开的使用者委员会会议；其中大多数已经致力于加尔加梅勒项目。就像在米兰的会议中，与会者提出了范围广泛的物理专题，均能够凭借大型室来进行研究。第一个话题是弗兰齐内蒂（C.Franzinetti）所提出的关于中微子物理学的报告，回顾了许多已经开始的题目，并以对于斯坦福直线加速器中心特别的标度结果的热点问题所做的评论结束。弗兰齐内蒂的结论是可以遵循费曼对于数据的解读并得出结论——核子是由呈点状的成分构成的。“除此之外，”他略带戏谑地补充道，“什么是部分子对我来说是很神秘的……我听说过许多不同的部分子定义，并且据我所知，部分子可以是只要你相信它是的任何东西。”[15]
关于部分子无论选择相信什么，都立即出现与启用新型复杂的探测设备有关的技术问题。到伦敦会议召开的时候，加尔加梅勒已经运行多次用以测试设备。在此前期工作阶段，对早期气泡室照片的分析揭示出一些不寻常的事件。就像让-皮埃尔·维来尔（Jean-Pierre Vialle）后来所回忆的那样：
我们在图片上立刻能看到的是在不含μ介子的气泡室中存在超高能事件。但很显然，我们不能说这些就是中性流。我认为我们的第一个念头是好奇，当我们观测到星点，其可能来自于中子，但有着过高的能量，我们或许应该去一探究竟。[16]
一切按计划进行，实验者使整个实验项目向前推进，将中性流研究搁置在一边。例如，这种情况我们可以在气泡室开始采集数据后召开的伦敦使用者委员会会议议程中看到。中性流课题仅仅出现在一份伴随新轻子与中间矢量玻色子所产生的“尚未检测到”的现象清单中。[17]
有三个论据对与认真对待中性流的存在产生了不利的影响。首先，如珀金斯所提出的，有许多其他课题更需要关注：研究中间矢量玻色子、重轻子（像仅仅是质量更大的电子或μ介子），以及违反斯坦福直线加速器中心标度结果的情况。其次，众多实验得出的气泡室证据明确地表明中性流或者根本不存在，或者是被惊人地有效抑制了。对这个令人意外的事实值得做出一些解释，因为它阐释了一种在理论与实验间格外重要的相互作用。
注释
[1] Schwartz，“High Energy Neutrinos，”Phys.Rev.Lett.4（1960）：306-307；Lee and Yang，“Neutrino，”Phys.Rev.Lett.4（1960）：307-311；Pontecorvo，“Neutrinos，”JETP 10（1960）：1236-1240.
[2] Feynman and Gell-Mann，“Fermi Interaction，”Phys.Rev.109（1958）：193-198.Sudarshan and Marshak，“Universal Fermi Interaction，”Phys.Rev.109（1958）：1860-1862.
[3] Franklin，“Parity，”Stud.Hist.Philos.Sci.10（1979）：201-257.
[4] Lee and Yang，“Intermediate Boson Basis，”Phys.Rev.119（1960）：1410-1419.
[5] Lee and Yang，“Neutrino，”Phys.Rev.Lett.4（1960）：310.
[6] Lagarrigue，Musset，and Rousset，“Chambre，”draft proposal for bubble chamber（1964），MP.
[7] 格拉肖-温伯格-萨拉姆理论将W的质量设为80 GeV；1983年，UAI合作成果发布与此质量的中间玻色子相一致的事件.参见Arnison et al，“Large Transverse，”Phys.Lett.B 122（1983）：103-116.
[8] Allard et al.，“Proposition，”（1964），Ⅶ-9.
[9] Perkins，“Neutrino Physics，”in Fiorini，Milan（1968），13-14.Cf.Fiorini，“Gargamelle Meeting”（1968）.
[10] Perkins，“Draft Gargamelle Proposal”（1970），MP.
[11] Briedenbach et al.，“Inelastic Scattering，”Phys.Rev.Lett.23（1969）：935-939.
[12] Feynman，“Hadron Collisions，”High Energy Collisions（1969）.Bjorken and Paschos，“Proton Scattering，”Phys.Rev.185（1969）：1975-1982.
[13] Perkins，“Draft Gargamelle Proposal”（1970），1，MP.
[14] Aubert et al.，“Amended Draft Gargamelle Proposal”（1970），8.
[15] Franzinetti，“Neutrino Physics，”Experiments with Gargamelle（1971），16.
[16] Vialle，interview，28 November 1980.
[17] Franzinetti，“Neutrino Physics，”Experiments with Gargamelle（1971），10.