宇宙射线研究

在这场政治风云中，海森堡一方面坚持战斗，同时也在继续高能粒子的研究。

20世纪30年代，实验室加速器尚不具备足够的能量，使粒子被加速到彼此足够接近，研究高能粒子的行为只能依靠宇宙射线。然而，1936年的宇宙射线实验观察结果与量子力学的理论预言不一致，实际观察到的能量远远超出了理论预言的最高极限，宇宙射线穿透物质的能力比理论预期值要强得多。这使一些物理学家，包括奥本海默和诺德海姆（Nordheim）准备放弃当时的量子电动力学理论［123］。

海森堡却采取了另一种方法，希望能在这一理论上找到一个突破性的缺口，其中的关键是要认清超越这一理论的突破点在哪里。就在他与维恩和盖革的请愿书递交出去不久，在5月19日，海森堡写信对泡利说，他找到了量子电动力学的一个突破点，这个突破点就在β衰变上［124］。(https://www.daowen.com)

从20世纪20年代末到30年代初，一些放射性元素的β衰变曾使很多人感到惊奇，这些电子是从哪里来的？它们的能量为什么如此之大？研究β射线谱发现，这些电子的能量域极宽，从接近零的极小能量到极大能量。意大利物理学家费米为此建立了一个解释这一现象的量子场理论，很好地解释了β衰变［125］。根据费米的理论推测，当高能电子入射时，质子衰变为中子的过程中，新的粒子随之出现，这就是后来所称的“中微子”。

费米衰变理论发表于1934年，海森堡见到这篇论文异常兴奋，他恍然大悟地告诉泡利说“宇宙的簇射现象似乎来自费米的β衰变”。他立刻以费米理论为基础做了深入的研究。他反复研究了费米的β衰变理论，并把这一理论用于宇宙射线。他发现这一理论可以解释宇宙射线的簇射现象，而正统的量子力学却难以解释。在1936年到1938年间，他发表了一系列关于宇宙射线的论文，并以量子场论的观点解释了宇宙射线的簇射现象［126］。他关于宇宙射线研究最著名的一篇论文发表在1939年的《近代物理学》上，这篇论文首次提出了介子和强相互作用。