物理学实验（四）

黑客攻击还提出了Bartholin的“值得注意的观察”，由巴瑟林，胡克和格里莫尔迪的衍射以及牛顿光的分散。 “现在当然，当然，巴尔托洛林，格里马迪，胡克，牛顿并不是他们头脑中没有”想法“的无意识的经验主义者。 他们看到了他们看到的东西，因为他们很好奇，好奇的反思的人。 他们试图形成理论。 但在所有这些情况下，显然观察结果在任何理论的任何方案之前“（黑客1983，第156页）。 在所有这些案例中，我们可能会说这些是等待的观察，或者甚至呼唤理论。 发现任何意外现象都需要理论解释。

3.2确认和驳斥

然而，实验的几个重要作用涉及其与理论的关系。 实验可以确认理论，反驳理论，或者给出理论的数学结构。

3.2.1至关重要的实验：发现奇偶校验非服务

让我们首先考虑一个事件，其中理论与实验之间的关系是清晰明确的。 这是一个“至关重要的”实验，一个毫不含糊地决定在两个竞争理论或理论的阶段之间决定。 该集中是发现奇偶校验，镜面 - 反射对称或左右对称性的发现，在弱相互作用中不保守。 （有关这一集的详细信息，请参阅Franklin（1986，Ch.1）和附录1）。 实验表明，在核的β衰减中，随着核旋转在与旋转方向相同的相同方向发射的电子数与与旋转方向相反的数量不同。 这是在弱互动中明确的奇偶侵犯侵犯的证明。

3.2.2一个有说服力的实验：CP违规的发现

在发现奇偶校验和电荷共轭非经济体之后，并在Landau建议之后，物理学家认为CP（组合奇偶阶级和粒子对称），其在实验中仍然保守，作为适当的对称性。 该计划的一个后果，如果CP被保守，那是

k

1

0

梅森可以腐烂成两件，而

k

2

0

梅森不能。[10] 因此，观察衰减

k

2

0

分为两条粉末会表明CP违规。 普林斯顿大学的一群人观察了衰变。 虽然提供了几种替代解释，但实验消除了每个替代品，只留下CP违规作为实验结果的解释。 （有关这一集的详细信息，请参阅Franklin（1986，Ch.3）和附录2.）

3.2.3 70年后确认：发现Bose-Einstein凝聚

在此前讨论的两个剧集中，奇偶校验非经营和CP违规行为，我们在两个竞争的理论之间进行了决定。 这一剧集是Bose-Einstein冷凝（BEC）的发现，说明了在首先进行理论预测后70年的特定理论预测的确认。 Bose（1924）和爱因斯坦（1924; 1925）预测，非换体骨膜原子的气体将在一定温度以下，突然在最低能量量子状态下突然发展宏观群体。[11] （有关本集的详细信息，请参阅附录3.）

3.3并发症

在上一节讨论的三张集中，实验与理论之间的关系很清楚。 实验给出了明确的结果，并且对什么理论预测没有模糊性。 从那时起，没有结论的结论都没有受到质疑。 在弱相互作用中侵犯了奇偶校正和Cp对称性，并且Bose-Einstein凝聚是一个接受的现象。 在科学的实践中，事情往往更复杂。 实验结果可能发生冲突，或者甚至可能是不正确的。 理论计算也可能出错，或者可能会错误地应用正确的理论。 甚至有一个实验和理论是错误的案例。 如前所述，科学是糟糕的。 在本节中，我将讨论几个剧集，说明了这些复杂性。

3.3.1第五部队的堕落

第五次力量的一集是假设的驳斥，但只有在分解实验结果之间的分歧后。 “第五力”是纽顿普遍引力定律的建议修改。 初步实验产生了相互矛盾的结果：一个人支持第五队的存在，而另一个人则认为反对它。 经过多次重复的实验后，不和谐已解决，并达成共识，第五次不存在。 （有关此插片的详细信息，请参阅附录4.）

3.3.2右实验，错误理论：斯特恩 - Gerlach实验

Stern-Gerlach实验被认为是在进行的时候至关重要，但事实上并不是。[12] 在物理社区的看法，它决定了两个理论之间的问题，反驳了一个并支持另一个理论。 然而，根据以后的工作，驳斥所处，但确认是值得怀疑的。 事实上，实验结果为其看似确认的理论提出了问题。 提出了一种新的理论，虽然斯得内加拉赫的结果最初也为新理论提出了问题，但在改进新理论后，结果证实了它。 从某种意义上说，这是至关重要的。 它刚花了一些时间。

Stern-Gerlach实验提供了电子旋转存在的证据。 这些实验结果是在1922年首次出版的，尽管Godsmit和Uhlenbeck未提出电子旋转的想法，直到1925年（1925年; 1926年）。 人们可能会说在发明之前发现了电子旋转。 （有关这一集的详细信息，请参阅附录5）。

3.3.3有时驳斥不起作用：电子的双散射

在最后一节中，我们看到了实验理论比较中固有的一些困难。 一个有时面临实验装置是否满足理论所需的条件的问题，或相反，是否将适当的理论与实验结果进行比较。 点的情况是在20世纪30年代在20世纪30年代中通过重核（MOTT散射）对电子双散射的实验历史，以及这些结果对狄拉克的电子理论的关系，这一集中的事件的问题是满足的理论计算是中心。 最初，对MOTT的计算不同意的实验，对底层DIRAC理论施加怀疑。 经过十多年的工作，实验和理论上，它意识到在掩盖预测效果的实验中存在背景效果。 当背景被消除的实验和理论同意时。 （附录6）

3.3.4未能检测异常

颗粒侵占者已经产生了Vaster数量的数据，因为它们从房间尺寸的衣着种植到几公里的长兆瓦实验室。 在探测器中，大量理解的背景相互作用和理论上不感兴趣地发生。 必须梳理这些以识别潜在利息的相互作用。 这尤其如此的特罗荣（质子 - 质子）煤机，如大型特罗龙撞机（LHC），其中Higgs玻色子被发现。 在LHC和类似的强子侵占机中碰撞的质子由更多的基本粒子组成，共同标记的Partons。 Partons相互交互，指数增加了背景交互的数量。 实际上，从检测器中发生的压倒性数字选择微量的相互作用。 （相比之下，Lepton碰撞，例如电子和正水资源的碰撞，产生了更低的背景，因为Leptons不是由更多的基本粒子组成。）

因此，对新的基本粒子的成功搜索尺寸重视，取决于在数据收集阶段和数据分析阶段成功制备选择标准和技术。 但是，妇女数据选择程序的逐步发展和变化引发了重要的认识论问题。 以下问题的主要原因是以下问题，这是由粒子物理学中最突出的实验主义者之一提出的：“我们在多大程度上通过拒绝的必要性来否定非常高能量质子机的发现潜力先验，我们不能记录的活动？” （Panofsky 1994,133）。 换句话说，如何决定在众多中检测和分析哪个相互作用，以最大限度地减少抛出新颖和未开发的可能性的可能性？

通过已经交付的大量数据的一种方法，即检测器已经交付的数据，是寻找在不同检测条件下保持坚固的事件。 物理学家在这种分析中采用数据切割技术。 它们切出可能是不可靠的数据 - 当数据集可以是实验者期望的人工制品而不是真正的粒子相互作用时。 例如， 碰撞光束可以与检测器的壁相互作用而不是与另一碰撞光束相互作用，同时产生与实验者预期光束相互作用产生的信号相同的信号。 因此，如果在各种数据下切割结果保持稳定，那么它越来越可能是正确的，并且代表物理学家认为它代表的真正现象。 各种数据削减下结果的鲁棒性最大限度地减少了检测到的现象仅模仿真正的现象（Franklin 2013,224-5）。

但是，在数据获取阶段，这种策略似乎并不适用。 正如Panofsky所表明的那样，一个不知道确定探测器中的大量事件中的哪一个可能感兴趣。

然而，Karaca（2011）[13]辩称，即使在收购阶段也是一种鲁棒性的形式。 这种实验方法合并理论期望和经验结果，因为特定重粒子的假设的例子应该说明。

随着粒子物理学的标准模型，已经提出了许多替代模型。 他们对基本粒子的表现如何行为的预测通常大幅不同。 然而，与标准模型相比，它们都分享了具有高横向动量高颗粒的重质颗粒的假设。

物理学家在测试这个假设时适用于稳健性分析，论点是。 首先，他们检查该装置是否可以检测类似于预测的那些类似的已知粒子。 其次，由假设引导，它们建立了各种触发算法。 （触发算法或“触发器”，确定在某个确切的时间点，并且在哪个条件下，探测器应该记录交互。它们是必要的，因为频率和相互作用的数量远远超过有限的记录容量。）并且最后，他们遵守任何结果是否保持稳定触发器。

然而，即使在这种理论上的鲁棒性形式，作为富兰克林（2013,225）指出，“存在潜在的假设，即任何新物理学都会像已知的物理学一样” - 通常是一天的理论。 解决这个问题的一种方式是用于物理学家，以尽可能多地生产尽可能多的替代模型，包括当时似乎似乎难以令人难以置信的替代模型。

Perovic（2011）表明这种潜在的失败，即去发现探测器中发生的可能相关事件，也可能是检测过程逐渐自动化的结果。

WWII周围的粒子物理学的早期的早期，看到了实验者在过程中的直接参与。 实验粒子物理学是一个分散的学科，运行各个实验室的实验者对触发器和分析完全控制。 实验者还可以控制目标和实验的设计。 固定目标促进剂，其中光束击中检测器代替另一个光束，产生了许多可用于此类实验室的颗粒相互作用。 缺少当前理论预测的异常事件的机会并不是这种环境中的主要问题。

此类实验室可以处理相对少量的数据。 这逐渐成为一个障碍，随着波多伦林的出现。 他们在更高的能量上工作，并产生了vaster的背景互动。 这就是为什么实验过程变得越来越自动化，更加间接。 训练有素的技术人员而不是实验者自己在某些时候开始扫描录音。 最终，这些人类扫描仪被计算机取代，并且在HADRON煤机中的检测完全自动化使得能够加工大量的相互作用。 这是从小型个体实验室转变为大众实验室的第一个重大变化。

第二个重大变化有关实验室的组织和目标。 Mega-探测器和他们生产的数据量是以指数级的员工和科学家所生产的。 这反过来导致更加集中和分层实验室，更长的设计和实验性能。 因此，重点关注确认现有的主导假设而不是探索性粒子搜索是实现将证明前所未有的投资的结果的最小风险方式。

现在，与大多数确认目标相结合的间接检测过程有利于忽略意外的相互作用。 因此，可能妨碍潜在的关键理论前提是源于错过的相互作用。

这种可能性是Panofsky所承认的物理学家并非仅仅是猜测。 事实上，使用半自动化，而不是完全自动化的检测制度结果表明，对于一些导致理论突破的令人惊讶的发现是必不可少的。

Perovic（2011）分析了几种这种情况，最值得注意的是发现了J / PSI粒子的发现，该颗粒提供了迷人夸克存在的第一个实质性证据。 在实验中，由于线性电子 - 正电子电池撞机中的较数较少的背景相互作用，物理学家能够对实际单独的相互作用进行实际单独的相互作用的探索性检测和视觉分析。 他们能够在现有理论不承认这一点的能量范围内做到这一点，这导致了他们制作发现。 在处理包含大量背景交互的环境时，在HOTRON侵占机的全自动检测方案中都无法完成这一点。

在某些情况下，例如旨在发现弱中性电流的费米拉布实验，数据分析的自动化和确认制度有助于检测装置中容易易于制造的颗粒。

3.3.5“外观别处”效果：发现Higgs Boson

粒子物理学中发现过程的复杂性并不令人担忧与相互作用海面中所选的完全数据的担忧结束。 所谓的外观效果导致数据分析阶段的诱导困境。

假设我们的理论告诉我们，我们将在能量范围内找到粒子。 并假设我们在这一系列的一部分中找到了一个重要信号。 也许我们应该继续寻找范围内的其他地方，以确保它不是我们发现的另一个粒子。 它可能是在我们的理论不预测的范围内留下其他未调配的迹线的粒子，以及我们发现的痕迹。 问题是在我们达到令人满意的确定性水平之前，我们应该在多大程度上看，这是我们发现的预测粒子。

物理学家在搜索Cern（2015年Dawid）的大型特罗龙撞机期间寻找希格斯玻色子时面临这种困境。

Higgs玻色子是一种负责其他颗粒质量的颗粒。 它是“拉回”移动和交互粒子的标量字段。 我们称之为质量的拉力是不同的，不同于不同的粒子。 它是由标准模型预测的，而替代模型预测有一些类似的HIGGS样颗粒。

基于标准模型的预测告诉我们我们将在特定范围内找到HIGGS粒子的高概率。 然而，在该范围的特定部分中发现它的简单和不可避免的事实可能会促使我们怀疑我们是否真正发现了我们理论预测的精确粒子。 当我们意识到我们更有可能找到任何排序的粒子时，我们的初始兴奋可能会消失 - 不只是预测的粒子 - 在整个范围内的范围内的整个范围。 因此，在给定的能量范围内（由八十能量'箱组成）找到Higgs的概率远高于在该范围内的特定能量尺度处找到它的概率（即在任何单独的箱中）。 事实上，我们在特定垃圾箱中发现它的可能性大约是百倍。

换句话说，我们不可避免地在特定垃圾箱中找到粒子，不仅在特定范围内，我们将减少我们发现的HIGGS的确定性。 考虑到这一事实，我们应该在垃圾箱中找到一个重要信号，我们应该继续寻找其他可能的迹线。 我们不应该宣告标准模型预测的粒子的发现（或任何模型）的粒子。 但我们应该在别处寻找多长时间？ 在宣告发现之前，我们需要在宣布发现之前确定什么样的确定性？

答案归结为权重，给出了理论及其预测。 这就是实验主义者和理论者对确定精确点的标准具有不同意见的原因，他们可以合理地陈述我们的数据表明我们发现了我们已经发现了HIGGS BOSON'。 理论者相信在标准可靠性（三个或四个Sigma）的范围内（任何八十箱中的任何一个）的发现，加上了HIGG将找到的理论期望，就足够了。 相比之下，实验主义者认为，在任何数据分析中，应该减少外观的效果，并且搜索宣布成功，在有关HIGG的理论期望的帮助下。 一个人需要小心，在几乎可能会梳理范围。 结果，实验主义者宣布发现的SIGMA的首选价值是五。 这是一个标准，其中很少有结果已经成为过去的波动。

麻告辩称，对数据的适当统计分析的问题是争议的核心。 实验主义者的推理依赖于常见的方法，这些方法没有指定测试假设的概率。 它实际上隔离了来自现有概率的数据的统计分析。 然而，理论依赖于贝叶斯分析。 它从初始假设的现有概率开始，并以评估基于收集的证据评估测试假设的概率。 问题仍然是实验主义者的推理是完全合理的。 经过先前的实验，理论内容在分析中纳入分析的前提是经验证明。

3.4其他角色

3.4.1新实体的证据：J.J. 汤姆森和电子

实验还可以为我们提供有证据，以存在参与我们理论的实体。 j.j. Thomson在阴极光线上的实验提供了用于信仰在电子的存在的场地。 （有关这一集的详细信息，请参阅附录7）。

3.4.2理论的关节：弱相互作用

实验也有助于阐明一个理论。 在20世纪30年代到20世纪50年代，对β腐烂的实验确定了费米的β腐烂理论的精确数学形式。 （有关本集的详细信息，请参阅附录8.）

4.实验和观察

观察和实验之间的区别在哲学文献中相对较少，尽管其与科学界及更加了解科学进程的特定特征和细分，但其产生的知识。

迪斯顿和她的同轴士（Daston 2011; Daston和Lunbeck 2011; Daston和Galison 2007）已经令人信服地表明，区分在划定了划定了科学实践的各种特征方面发挥了作用。 它帮助科学家对自己的练习阐明了他们的思考。

观察是哲学上加载的术语，但科学观察的认知状态随着科学的调查技术和追求他们的科学社区的进步而逐步发展。 Daston简洁地总结了以下段落中的这种演变：

首先，突触事件的特征是，首先，重点是单数事件，目睹了一个名为作者的第一手（尸检）（与Cicero和Pliny所描述的匿名数据的积累相比典型的观察）; 其次，刻意努力分离猜想的观察（与与占星科学（如占星科学）的观察的中世纪学术连接相反）; 第三，创建了观察者的虚拟社区，分散在时间和空间中，他们用字母和出版物进行了通知和汇总的观察（与父亲向儿子或教师传递给学生作为罕见和珍贵的宝藏相比，他们相比之下）。 （2011,81）

观察逐渐与实验等诸如实验的其他，更复杂的查询模式并列，“含义从广泛和异质的实验感转移为食谱，试验或只是共同经验，以迅速地人工操纵，通常使用特殊乐器和旨在探测隐藏的原因”（Daston 2011,82）。

在17世纪，观察和实验被视为“不可分离的一对”（Daston 2011,82）和19世纪他们被理解为基本上反对，观察者越来越被视为被动，从而被认为是非认识的实验者。 事实上，Leibniz已经预测了这种观点，说明“这里是某种实验，这些实验将更好地称为观察，其中一个考虑到而不是产生工作”（Daston 2011,86）。 这种区别的这一方面是自从此理解科学实践的主要原因。

Shapere（1982）指出，观察概念的使用嵌入科学实践中，包括科学理论的测试和理由。 据说从太阳抵达的中微子，也可以在探测器中观察，但也据说是对太阳核心的观察。 然而，背景知识为有意义的区分提供了基础。 一方面有弱互动的中微子，离开太阳的核心并进入探测器实际上中断。 这可能是合理的，因为太阳核心的“直接观察”。 另一方面，通过检测从太阳芯通过血浆到电磁探测器来检测核心的光光子的光光子相当间接地观察核心。

目前有两个突出的实验观察区分的观点。 IAN HACKING已经表征了它明确定义，同时避免了观察和实验是对立的（黑客1983,173）。 据他介绍，概念在科学实践中表示不同的东西。 实验是一种彻底的操作，创造了一种新的现象，并且对现象的观察是其结果。 如果科学家可以操纵大自然的领域，他们可以在实验室中创造一个新的现象，通常在自然界中通常无法观察到的现象，然后他们真正观察到这种现象（黑客1989,1992）。

同时，其他作者同意“观察和实验之间的熟悉区分...... [是]追溯账户的中间重建特征的人工制品”（善于1992,68）。 当我们面临实际科学实践时，“崩溃”的区别，“黑客观察与实验框架在进行一系列科学实验案件中”（Malik 2017,85）时不完整。 首先，无法在科学领域比较区分的用途。 其次，如善良（1992年）所表明，观察也是一个过程，而不仅仅是操作的静态结果。 因此，观察和实验都被视为在科学实践中混合在一起的并发过程。