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吴健雄:在宇称不守恒发现中的不朽贡献

送交者: 雨地[♀★★*妙明真心*★★♀] 于 2021-02-23 7:46 已读 107 次  

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2021年2月2月,美国邮政局发行牛年生肖邮票,庆祝中国农历新年——牛年;美国东部时间2月11日,正值中国农历新年正月初一,发行华裔美籍物理学家吴健雄纪念邮票和首日封,表彰她对20世纪物理学的杰出贡献。
2020年3月,美国《时代》评选过去百年年度女性,吴健雄被列为1945年的年度女性。
左:1960年代初的理论物理学家李政道(左)和杨振宁(右) 
右:1963年的实验物理学家吴健雄(1912.5.31-1997.2.16)

 


1957年10月,两位年轻的理论物理学家李政道和杨振宁获诺贝尔物理学奖,时年分别为31岁和35岁,获奖理由是 “对所谓宇称守恒原理的深刻探索,导致基本粒子领域的重大发现”。


 


在此之前的1957年1月,同为华人的物理学家吴健雄,其设计并领导的实验第一个推翻了宇称守恒定律。




 
李政道、杨振宁的诺贝尔奖论文:《弱相互作用中的宇称守恒质疑》 ,1956年6月22日投稿,1956年10月1日发表于美国《物理评论》期刊。

 


李政道和杨振宁的研究所导致的宇称不守恒发现,是对粒子物理学和标准模型的重大贡献。二人作为第一次获得诺贝尔奖的中国学者,对中国科学和全球华人有着深刻影响。


 


但是,令人遗憾的是,领导推翻宇称守恒定律决定性实验的吴健雄,未能与李杨共享诺贝尔奖,她的卓越贡献被当年的诺贝尔奖委员会忽略。


 


 


吴健雄等人的论文《在β衰变中检验宇称守恒》 1957年2月15日发表于《物理评论》

 


1957年宇称不守恒的发现,是理论物理学家和实验物理学家共同努力的成就,李政道说,解决对称破坏的这一问题的最后推动力,几乎完全来自实验方面。


 


那么,1957年的诺贝尔物理学奖,为何缺失实验物理学家吴健雄?


 


如果只是简单地阅读吴健雄与合作者在1957年2月15日发表的实验论文《在β 衰变中检验宇称守恒》,似乎可以得出这样的结论:吴健雄是根据李-杨论文中建议的实验方法,领导实验组第一个做出了推翻宇称守恒的实验。因此,将诺贝尔奖授予李杨二人,而不考虑吴健雄等人的实验贡献,似乎是合理的。


 


甚至,连杨振宁也曾表示,吴健雄及其合作者是根据李-杨论文中的理论和建议开展实验的。1957年12月11日,杨振宁在瑞典科学院诺贝尔奖演讲中说:


 

一旦明白了这一点,就容易懂得,哪种实验才能明确检验从未检验过的在弱相互作用下宇称守恒的假设。李政道博士和我在1956年夏提出了涉及β 衰变,

及奇异粒子衰变的一系列实验。所有这些实验的基本原理全都一样:安排两套实验装置,它们互为镜像并且包含弱相互作用,然后检查这两套实验装置仪表上的读数是否总是相同。如果读数不同,就毫不含糊地证明左右对称性不成立。


这个实验首先由吴健、安伯勒(E. Ambler),海沃德(R. W. Hayward),霍普斯(D. D. Hopes)和赫德逊(R. P. Hudson)在1956年下半年着手进行而于今年年初完成。

 


然而,美国很多物理学同行似乎对此有着完全不同的评价。


 


1957年11月初,普林斯顿高等研究院举行晚宴庆祝李政道、杨振宁获得诺贝尔物理学奖,院长罗伯特·奥本海默(1904-1967)在致词中特别强调:宇称不守恒的发现三个人功劳最大,不可忽略吴健雄的贡献。奥本海默因领导美国原子弹研制计划 “曼哈顿工程”,被称为 “原子弹之父”,他是吴健雄、李政道和杨振宁的师长辈。目前所查资料显示,奥本海默在1967年去世前,应该没有诺贝尔奖提名资格,也未发现他提名过诺贝尔奖候选人的记录。




 



1958年,吴健雄同时获得三项荣誉:当选美国科学院院士;晋升为哥伦比亚大学正教授,成为哥伦比亚大学物理系历史上第一位女性正教授;成为普林斯顿大学有史以来第一位女性荣誉博士。




 
左:吴健雄被提名诺贝尔奖资料。图源:诺贝尔奖官方网站右:吴健雄发现宇称不守恒的实验被称为“吴实验” 

 


与此同时,美国物理学同行不断向诺贝尔奖委员会推荐吴健雄在宇称不守恒发现中重要而独特的贡献。


 


根据诺贝尔奖委员会有限解禁资料,1957年诺贝尔奖之后,从1958到1965年的八年中,吴健雄至少获得七次诺贝尔物理学奖提名。提名者包括三位诺贝尔物理学奖获得者:1955年得主波利卡普·库施(Polykarp Kusch)和威利斯·兰姆(Willis Lamb),1959年得主埃米利奥·塞格雷(Emilio Segre)。其中,前两位是吴健雄在哥伦比亚大学物理系的同事,塞格雷则是吴健雄在加州大学伯克利分校做博士研究时的共同导师,他在1964年和1965年连续为吴健雄提名。


 


吴健雄在1965年之后的提名情况尚未解禁。李政道和杨振宁二位先生仍然在世,他们的提名和被提名的资料按规定保密。


 


宇称不守恒发现是1957年诺贝尔物理学奖已经表彰的工作,物理学家们在此之后多次以此项工作提名吴健雄。这一极为罕见的做法,在很大程度上说明,科学家们对于1957年的诺贝尔物理学奖遗漏了吴健雄,持强烈不同意见。


 


尽管被诺贝尔奖遗漏,吴健雄和她的成就在美国学术界获得高度认可和赞扬。她在宇称不守恒发现中设计和领导实施的实验被称为 “吴实验”(Wu experiment)。她也因此项成就荣获1975年度美国国家科学奖章、1978年首届沃尔夫物理学奖。




1975年,吴健雄当选为美国物理学会会长,成为该学会有史以来的第一位女性会长。她还被誉为 “物理学研究第一夫人”、“原子核研究皇后” 以及 “中国的居里夫人”;在美国,她的肖像被制成多种卡通人物,进入中学课本。


 


诺贝尔奖获得者在中国社会享有几乎唯一崇高的科学声望,在半个多世纪的时间里,学术界和公众的关注焦点更多集中在两位诺贝尔奖获得者李政道和杨振宁的合作与分裂,在该项工作中起到关键作用的吴健雄却很少被一般人了解。


 


本文将根据原始论文和文献,试图回顾和梳理吴健雄在宇称不守恒发现研究中的经过,呈现她在这项伟大发现中不可磨灭的贡献。

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