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吴健雄:在宇称不守恒发现中的不朽贡献(上)| 王丹红专栏

知识分子  · ZhiHu-Article  · 科学  · 2021-02-20 21:40

图源:Carly Wilkins,美国能源部


- 编者按 -

北京时间2021年2月12日,中国农历新年第一天,美国邮政局发行一枚永久性纪念邮票,以纪念华裔美籍核物理学家吴健雄对20世纪物理学的杰出贡献,并同步发行吴健雄首日封。

吴健雄到底做出了怎样的工作?《知识分子》专栏作者王丹红根据原始论文和现有文献,介绍了吴健雄1956-1957年在宇称不守恒发现中的不朽贡献。

刚刚过去的2月16日是吴健雄辞世24周年纪念日。今天特发此文,以兹纪念。


撰文|王丹红(《知识分子》专栏作者)

责编 | 陈晓雪


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雄、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。


特别说明

笔者不是物理学者,文中所有对相关物理概念、物理实验的描述和评论,均来自物理学家及文献资料。作为曾连续十年深度报道诺贝尔三大科学奖项的科学记者,笔者按新闻六要素 “5W+1H” 方法,即:事件(what)、人物(Who)、时间(When)、地点(Where)、事件发生原因(Why)、事件发生过程(How),查证目前已有的文献,追溯吴健雄参加宇称不守恒研究的原因、过程和作用。

如新文献资料出现,将会进一步完善对这一过程的研究。


目 录

上篇

1. “风从哪里来”

2. 1956年罗切斯特会议 “θ-τ之谜”

3. 从二维标量 到 三维赝量

4. 李政道和杨振宁合作

5. 吴健雄 1956年5月6日

6. “用Co-60是健雄提出来的”

7. 西格邦1955年出版 《β 和伽马射线光谱学》

8. “吴实验”


下篇

9. “宇称是不守恒的,这句难懂的话像新福音一样传遍了全世界”

10. 证词:奥本海默 斯坦伯格 加温 莱德曼

11. “风到哪里去了?”


写作手记:

永远的吴健雄


2019年11月号《美国物理学会新闻》介绍吴健雄的贡献:1956-1957年,吴健雄领导的实验证明了宇称不守恒理论假设,这是物理学上的一个巨大突破,她的两位同行因此获得1957年的诺贝尔物理学奖,但她的贡献却被忽略了。



像你这样一位近代物理的伟大批评者,所给予我这样一个罕有的称赞,是比任何我所期望或重视的科学奖,还要更有价值。我的一生,全然投身于弱相互作用方面的研究,也乐在其中。尽管我从来没有为了得奖而去做研究,但是,当我的工作因为某种原因而被人忽视,依然是深深伤害了我。

——吴健雄 1989年1月1日 致斯坦伯格



01 “风从哪里来?”


1988年,诺贝尔物理学奖授予三位实验物理学家,表彰他们1962年用高能中微子探索基本粒子相互作用的先锋实验。他们是利昂·莱德曼(Leon Lederman)、杰克·斯坦伯格(Jack Steinberger)和曼温·史瓦兹(Melvin Schwartz)。1950年代至1960年代,他们是吴健雄在哥伦比亚大学物理系的年轻同事。


左: 1988年诺贝尔奖得主:斯坦伯格、史瓦兹与莱德曼(从左至右)。中和右:1988年11月4日,《科学》杂志对1988年诺贝尔物理学奖工作的报道,提到包括斯坦伯格在内的许多观察者指出,哥伦比亚大学的吴健雄应该分享1957年诺贝尔奖,因为她的实验证实了宇称守恒被破坏。


1988年11月4日出版的《科学》杂志,介绍了斯坦伯格等人获得诺贝尔物理学奖的工作(Science, 242, 669, 1988),指出这一荣誉不仅属于他们,也是战后哥伦比亚大学物理系天才辈出星河璀璨的明证。三位科学家特别感谢了当年同事李政道在他们获奖工作中的指导性作用。同时,斯坦伯格等许多观察者特别指出,吴健雄应该共享1957年的诺贝尔物理学奖,因为她用实验推翻了宇称守恒定律。


1988年,67岁的斯坦伯格在获奖后,致信吴健雄,认为1957年的诺贝尔奖没有同时颁发给她,是诺贝尔奖委员会最大的失误。


吴健雄1989年1月1日给斯坦伯格的回信,应该是她第一次表达自己对此事的想法。


她说:像你这样一位近代物理的伟大批评者,所给予我这样一个罕有的称赞,是比任何我所期望或重视的科学奖,还要更有价值。我的一生,全然投身于弱相互作用方面的研究,也乐在其中。尽管我从来没有为了得奖而去做研究,但是,当我的工作因为某种原因而被人忽视,依然是深深伤害了我。


斯坦伯格是吴健雄1950年代在哥伦比亚大学的同事,也是宇称不守恒发现研究的直接参与者和见证人。李政道和杨振宁获得诺贝尔奖的1956年论文,感谢了四位科学家,其中就有斯坦伯格和吴健雄两位实验物理学家。


斯坦伯格和李政道、杨振宁的渊源更深一层。三人是1946-1949年的芝加哥大学研究生时代的同学。当时,斯坦伯格是费米(Enrico Fermi)和泰勒(Edward Teller)的实验物理博士生,李政道和杨振宁分别是费米和泰勒的理论物理博士生。1950年代,斯坦伯格和李政道同是哥伦比亚大学物理系教授,依然保持着研究生时期的那种亲密合作与讨论的关系。


根据李政道回忆,1956年4月上旬,第六届罗切斯特(Rochester)粒子会议之后的一两天,在与斯坦伯格讨论重粒子自旋测量的过程中,他突发灵感,要解决 “θ-τ之谜”,应该离开这个系统,假定 “θ-τ” 之外的粒子也可能产生宇称不守恒现象。而斯坦伯格实验中产生的重粒子和衰变的二维标量,再加上一个空间指标,就成为三维赝标量,用赝标量就可检测弱作用中的宇称守恒问题。斯坦伯格实验组根据这个建议,立即分析了已有的实验数据,发现有宇称不守恒的迹象,但这些数据尚不足以得出定论。


后来大家知道,将检测标量从二维平面 “标量” 改为三维 “赝标量”,是用实验检测弱作用中宇称是否守恒的思想突破点,也是李杨获得诺贝尔奖论文中的关键贡献。这个思想是如何获得的,也是李杨后来争论和分歧的焦点。我们在这里不讨论这些分歧,只关注吴健雄相关的贡献。事实表明,这也是吴健雄进入此研究的关键点。


左:李-杨诺贝尔奖论文,在1956年10月1日发表。右:李-杨论文致谢了哥德哈伯、奥本海默、斯坦伯格和吴健雄的有趣讨论与评论。


李政道和杨振宁获得1957年诺贝尔物理学奖的工作,是完成于1956年6月22日的论文《弱相互作用中的宇称守恒质疑》,他们在论文中感谢了四位科学家有趣的讨论和评论,其中三位是实验物理学家斯坦伯格、吴健雄和哥德哈伯,一位是理论物理学家奥本海默。


魔鬼在细节(The devil is in the detail)。根据原始论文和文献,按时间顺序梳理斯坦伯格、吴健雄和哥德哈伯参与宇称不守恒研究的过程和贡献,笔者发现吴健雄不仅是第一位提供实验证据的科学家,而且还在李杨研究之初提供了核心而具体的钴60的β 衰变的实验思想和方法。


1989年9月,吴健雄在纽约家中接受记者江才健采访时表示,李杨是由她这里得到如何进行这个实验的概念。


那么,吴健雄是如何为李杨的诺奖工作作出贡献的呢?


故事要从1956年4月3-6日,在纽约上州罗切斯特大学举行的国际粒子物理学会议说起。


02 1956年 罗切斯特会议 “θ-τ之谜”




当时我把高能物理学家在1956年的状况比喻为处于黑屋子里的一个人,他知道屋子里一定会有一扇可以让他脱离困境的门,但门在何方呢?

——杨振宁



物理学是建立在实验和观测基础上的科学。物理定律源于对实验数据或观测现象的分析和解释,当新的实验数据或现象无法用现有理论解释时,理论学家们会提出五花八门的理论假设,并且根据这些假设建议新实验。这些天马行空的思想,在得到关键性实验支持之后,才能成为教科书中的物理定律。宇称不守恒的发现过程也不例外。


1945年8月,美国 “曼哈顿工程” 研制的两颗原子弹投向日本,为第二次世界大战的结束立下汗马功劳,物理学家名声大震。


1944-1945年,吴健雄是唯一一位参与 “曼哈顿工程” 的中国科学家,她帮助找出造成B反应堆间歇停止运作的元凶,并研究将不可裂变铀238与可裂变铀235分离的方法,使得提取铀235成为可能,后来被誉为 “原子核研究皇后”(Queen of Nuclear Research)。当时,李政道和杨振宁还是中国西南联合大学的本科生和研究生。


原子核物理学在战后得到蓬勃发展,物理学家用高能加速器加速原子、电子和原子核等,通过它们在碰撞中产生和衰变的各种粒子,探究物质的基本结构和宇宙起源。


1944年3月,32岁的吴健雄从普林斯顿大学到纽约哥伦比亚大学工作,成为唯一一位加入曼哈顿工程的中国科学家,她被称为“原子核研究皇后”(Queen of Nuclear Research)。图源:https://www.atomicheritage.org/profile/chien-shiung-wu


新问题新现象层出不穷。1950年代中期,物理学家们在宇宙射线和加速器中发现了一批全新的基本粒子,未曾被任何理论预言过,现有的理论也不能解释它们的新奇特征,因此被称为 “奇异粒子”,对它们的研究是当时粒子物理实验和理论研究领域的一个重要分支。


从1950年开始,在纽约上州罗切斯特大学举行的粒子物理学会议,为物理学家们提供了面对面交流和讨论的机会。


1956年4月3日-7日,是第六届罗切斯会议。会议最后一天,理论物理学家奥本海默主持了一个 “新粒子理论解释” 讨论会,议题之一是 “θ-τ之谜”。物理学家们提出在θ和τ的衰变中,存在宇称不守恒的可能性,但讨论没有达成任何结论。斯坦伯格、李政道和杨振宁,均参加了这个讨论会。


“θ-τ之谜” 是当时物理学的一个重要谜题。θ介子和τ介子是两个基本粒子,但它们的行为令物理学家费解。当时的测量显示,在实验允许的误差内,这两种基本粒子的质量、寿命和自旋完全相同,也就是说,它们应该是同一个粒子。但是,当它们同时自发地衰变(或者说分裂)为π介子时,θ衰变为两个π介子,τ衰变为三个π介子。奇数π介子的宇称是负的,偶数π介子的宇称是正的。由此看来,θ和τ不是同一种粒子,物理学家们将之称为 “θ-τ之谜”。


宇称守恒1927年由物理学家尤金·维格勒(Eugene Wigner)提出,以解释1924年奥托·拉普特(Otto Laporte)提出的 “拉普特定律”。从1927年至1956年4月之前近三十年的时间里,从力学、电磁学、引力场等领域的一大批实验已证明符合宇称守恒定律,因此,宇称守恒成为神圣不可侵犯的 “圣牛”(Holy Ox)。


但从1950到1952年,《物理评论》已发表两篇论文讨论宇称不守恒问题,一篇是Purcell和 N.F. Ramsey 的发表论文(Phys. Rev. 78, 807, 1950.),一篇是A.S. Wightman和E. Wigner的论文(Phys. Rev. 78, 101, 1952)。


左:爱德华·珀塞尔 (Edward Purcell,1912-1997) ,1952年诺贝尔物理学奖获得者;右:尤金·维格勒(Eugene Wigner 1902-1995),1963年诺贝尔物理学奖获得者。


珀塞尔和维格勒,是当时物理界执牛耳之人物,他们在1950年代初发现并提出可能存在宇称不守恒现象,虽尚未找到足够准确的实验证明,但为未来的研究留下重要的思路。


1956年4月的罗切斯特会议有一段讨论记录:


讨论进一步继续......杨振宁认为到目前止,我们对θ和τ衰变的了解这么少,因此,对这个问题最好保持思想开放。沿着这种开放的思路,费曼(Feynman)替波洛克(M. Block)提出了问题:是不是θ和τ是同一粒子的不同宇称态,这一粒子没有确定的宇称,也就是说:宇称是不守恒的?这就是说,自然界是不是有一种明确确定右手和左手的方式呢?


杨振宁说,他和李政道在会议之前讨论过 “θ-τ之谜” 的问题,但未得到任何确定结论。当时的感觉是挫折和迷茫,方向在哪里?


罗切斯特会议在4月7日结束,之后李政道和斯坦伯格回到了哥伦比亚大学,杨振宁回到普林斯顿高等研究所。4月17日,杨振宁带家人到布鲁克海文实验室度暑假。


03 赝标量 一把钥匙


1956年,35岁的斯坦伯格(左)和30岁的李政道(右)是哥伦比亚大学正教授,两人的办公室在哥伦比亚大学普平物理实验大楼。



要解开 “θ-τ之谜”,应该去测量弱作用中θ-τ之外的赝标量。我猜想,宇称不守恒很可能是一个普遍性的原理,这就是宇称不守恒思想的突破。

——李政道答科学时报记者杨虚杰问 2003年4月3日



据李政道回忆,1956年罗切斯特会议后的一两天,4月8日或9日(星期天或星期一),在哥伦比亚大学物理系,斯坦伯格来到李政道的办公室请教问题。他当时正在进行不稳定重粒子的产生和衰变实验,他的问题是如何测定这类重粒子的自旋,这个问题与“θ-τ之谜”和宇称守恒问题无关。李政道说:


讨论中,我忽生灵感,突然很清楚地明白了,要解决 “θ-τ之谜”,必须先离开这个系统,假定 “θ-τ” 之外的粒子也可能产生宇称不守恒的新现象。我发现,用斯坦伯格实验中重粒子产生和衰变的几个动量,便能去组织一个新的赝标量。用了这个θ-τ以外的赝标量,就可试验θ-τ以外的系统宇称是否不守恒。而这些赝标量,很显然的,没有被以前任何实验测量过。用了这些新的赝标量,就可以系统地研究宇称是否不守恒那个大问题。


李政道的这一想法,将 “θ-τ之谜” 的宇称不守恒解释,从逻辑问题转化为一个物理问题,并用三维赝标量代替二维标量,作为测量粒子衰变实验中宇称守恒与否的指标。他的这一想法,在5月初与吴健雄的讨论中,得到证实。吴健雄告诉他:现有的β衰变实验与宇称守恒问题无关,因为实验中所用的是二维标量,但三维赝标量可检测β 衰变(弱作用中)的宇称守恒问题,她随即决定做这个实验,这是后话。


李政道关于三维赝标量的想法令斯坦伯格兴奋。斯坦伯格说实验室已有所需要的原始数据,只是不知道应该如何分析。回到实验室后,斯坦伯格和同事(包括1988年和他共同获得诺贝尔物理学奖的博士生曼温·史瓦兹)立即按李政道的建议分析实验数据,结果显现出宇称不守恒的迹象,但还不足以得出不可辩驳的定论。


李政道说,赝标量成为检验弱作用中宇称是否守恒的一把钥匙。两人商量,李政道的理论分析文章和斯坦伯格实验组的分析文章,同时发表。


李政道敦促斯坦伯格做进一步的实验,斯坦伯格估计一年之内,可以在布鲁克海文实验室的加速器上再产生的十倍多的事例,以完成重粒子衰变过程中宇称是否守恒的决定性实验。


在斯坦伯格和李政道1956年4月上旬讨论之后的两个月,6月15日,《物理评论》期刊收到了斯坦伯格实验组论文:《1.3BeV 介子产生的不稳定重粒子的特性》。论文指出,实验数据的分析已显示出宇称不守恒的迹象,但尚不能得出结论。这篇论文发表于1956年9月15日,第11号参考文献记述了斯坦伯格和李政道关于宇称守恒问题的讨论:


事实上,数据可用于检测这一假设,因为任何建立在实验证据上的宇称破坏必须归结于某一个宇称守恒的缺失。


论文作者就宇称问题的讨论致谢李政道:


我们这里要感谢李政道对于这些问题非常有帮助的讨论,感谢R. Karplus的交流。


斯坦伯格实验小组1956年9月15日发表在《物理评论》的论文,第11号参考文献记述了斯坦伯格和李政道关于宇称守恒问题的讨论。


斯坦伯格参与的这些工作,应该是李政道和杨振宁在1956年6月22日投稿论文中感谢斯坦伯格的缘由。


一年后,斯坦伯格实验组确实完成了向李政道承诺的实验:在布鲁克海文实验室的加速器上再产生十倍多的事例,完成重粒子



0等衰变过程中宇称守恒问题的实验,他们的这篇论文发表在1957年12月1日出版的《物理评论》上。


《杨振宁文集》(1998年)中收录了杨振宁写于1982年的文章《吴健雄证实了宇称不守恒》,他写到:



的产生和衰变中的上-下不对称性(它引发了检验宇称是否守恒的想法)是较为难做的一个实验,因为



的产生率很低,论文(57j)强调,寻找这种不对称性很有用。已经有几个小组在做这个实验,但是,直到1957秋,确切地肯定它存在(这就意味着在奇异粒子衰变现象中宇称也守恒)的报告才发表出来。


杨振宁表明,



的产生和衰变中的上-下不对称性的思想,引发了检验宇称是否守恒的想法。但他在这里提到的论文57j并不是《物理评论》于1956年6月15日收到并发表于1956年9月的斯坦伯格实验组的论文,而是指斯坦伯格实验组1957年9月提交、12月发表的论文 。


在1956年9月的斯坦伯格实验组的论文中,有一部分是与李政道讨论的有关宇称守恒想法和实验分析,以及对李政道的“非常有帮助的讨论”的致谢。这说明1956年4月底,李政道说自己在与斯坦伯格讨论相关工作中产生了研究宇称不守恒的关键思想,并与斯坦伯格同时开展了θ-τ和



等 “奇异粒子” 的弱作用衰变研究的分析和论文写作,是有据可考的。


然而,李政道并没有按照与斯坦伯格的约定同步完成他分析奇异粒子衰变中宇称不守恒问题的论文。


1956年5月初,杨振宁加入到这项研究中。


04 李政道和杨振宁的合作



1956年,30岁的李政道是哥伦比亚大学正教授,34岁的杨振宁是普林斯顿高等研究院教授。图片来源:Science Photo Library



正如许多伟大的思想一样,关于在弱相互作用中宇称不守恒的想法到处冒出来大约已有一年时间。不是李也不是杨首先提出这一问题。事情的关键是下一步怎么办。如何能解决这个问题?什么实验能够检验这一假说?事实上,据我所知,沿着这一线索前进的最早建议产生于斯坦伯格与李政道的那次谈话,那时李建议我们去检查一下我们的数据,以寻找不对称性。——曼温·史瓦兹(1988年诺贝尔物理学奖获得者)1988年



要了解吴健雄如何参与到宇称不守恒发现的研究,需要先来看看李政道与杨振宁在这一工作中的合作是如何发生的。


李政道和杨振宁在宇称不守恒研究中的合作,开始于二人5月初在哥伦比亚大学的第一次会面。6月22日,二人向《物发理评论》寄出后来获得了1957年诺贝尔物理学奖的论文。


对这一合作过程,两人均有文字回忆,有相同也有相异之处,这些都或多或少成为导致他们日后失和与分裂的原因。


相同之处是:两人在罗切斯特会议之后的第一次会面,是5月初的一天,杨振宁从布鲁克海文实验室驾车到哥伦比亚大学与李政道会面,在讨论和争执中达成共识:什么是宇称不守恒的突破和用三维赝标量系统地分析弱作用中宇称守恒问题。


不同之处在于这个思想是如何突破的,两人的回忆在会面缘由、时间和地点上,均有不同,尤其是在宇称不守恒如何突破上的回忆,截然相反。


2003年4月3日,李政道在北京接受科学时报社记者杨虚杰采访时,回忆当时过程。


李政道说,1956年4月罗切斯特会议后一两天,斯坦伯格到他办公室讨论重粒子实验分析中,他突发灵感:在提出于要解决 “θ-τ之谜”,应该首先离开这个系统,假定其它粒子也可能发生宇称不守恒现象,并建议用三维赝标量代替二维标量,检测弱作用中的宇称问题。斯坦伯格实验组随即根据他的建议,数据分析中显示出宇称不守恒迹象。两人约定,分别写出理论分析文章和实验论文,同时发表。


5月初的一天,斯坦伯格再次来到李政道办公室,讲述他刚在布鲁克海文实验室的学术报告会上报告了他们的实验结果和分析,也报告了李政道关于宇称不守恒的建议。杨振宁听了斯坦伯格的报告后,并不同意李政道的想法。


听到斯坦伯格的话后,李政道给杨振宁打了一个电话,告诉他在罗切斯特会议后,自己有一个理论上的突破,请他在两人讨论之前不要把反对意见公之于众。


第二天,杨振宁从布鲁克海文驱车来到哥伦比亚大学,和李政道讨论。从哥伦比亚大学附近的咖啡馆、中餐馆,到李政道的办公室,李政道讲述了自己的最新想法、斯坦伯格实验组的分析结果等,杨振宁激烈反对,他说前两天刚听了斯坦伯格的报告,斯坦伯格测量的是 “二面角”(即二维标量),他认为这不会得出任何宇称不守恒的新结果。李政道解释,新突破分析中用的不是 “二面角” 标量,而是三维的新赝标量....... 杨振宁慢慢不再反对,两人在思想上基本达成共识。


李政道回忆,在这一次1956年5月初的哥伦比亚大学访问中,杨振宁在李政道的办公桌上看见了他正在写的文章:θ-τ等奇异衰变中宇称可能不守恒(注:即与斯坦伯格约定的那篇理论分析论文)。杨振宁说服李政道不要先发表文章,他认为这是非常重要的突破,应该用最快的速度,将整个弱作用领域都占领,这样会更完整。


李政道后来回忆说,他当时认为杨振宁是一位优秀的物理学家,具有高度批评性眼光,因此他接受了杨振宁的建议。这次讨论的关键突破是:在更多的弱相互作用中看看宇称是否守恒。


1982年,杨振宁在《获得诺贝尔奖论文的产生经过》中回忆,在罗切斯特会议后,他回到普林斯顿,4月17日,他带全家到布鲁克海文实验室度暑假。5月初的一天,他按照和李政道每周互访的计划,从布鲁克海文开车到哥伦亚大学与会李政道会面。他写道:


我们的讨论集中在θ-τ之谜上,在一个节骨眼上,我想到了,应该把产生过程的对称性同衰变过程分离开来。于是,如果人们假设宇称只在强作用中守恒,在弱作用中则不然,那么θ和τ是同一粒子且自旋、宇称为O-(这一点是由强作用推断出的)的结论就不会遇到困难。这种分离对反应链(1)(即



)和(2)(即



)有特别的意义......李政道先是反对这种观点。我力图说服他......后来,他同意了我的意见。


但是,杨振宁在回忆中并没有说明反应链(1)和(2)是斯坦伯格实验组正在做的实验研究,也没有提及李杨会面之前,斯坦伯格5月初在布鲁克海文实验室作报告时他的反对意见。


杨振宁回忆,他在赝标量作为指标测量β衰变中宇称守恒问题上的突破,是5月中下旬的一天(具体时间应该是五月初第一次会面之后,以及李政道与吴健雄的讨论之后,下文会详细讨论这一过程),地点在布鲁克海文实验。他在1982年《获诺贝尔奖的论文产生过程》写道:


5月的一天,我在布鲁克海文的Cosmotron加速器部介绍了我们的工作。报告快结束时,Walter Selove 问我,原先的实验与β衰变中的宇称不守恒问题无关,个中究竟有什么更深一层的原因?我答曰不知道。


一两天后,李政道到布鲁克海文来看我,我们一起思考这个问题。我们不想通过计算,而要从数学上证明,原先的实验并未测量到任何与CC’ 成正比的量。为了这个证明我们花了很大的力气,因为考虑到粒子的自旋、相位及正、负号之后,问题便含混不清了。此外,像在所有关于对称性的论证那样,直觉和逻辑往往掺杂在一起。最后,快到那天晚上,我明白了,如果引进下述形式上的变换,论证就变得简单,同时可以推断,计算中正比于CC’的项必须是“赝标量”:C–> C C’–> – C’。


因为原先的实验中没有测量赝标量,因此它们与β衰变中宇称守恒问题没有关系。我因弄清楚这一点而十分高兴,并在驱车回住所的当儿,向李政道解释了这一切。


作为一种推论,我们也搞清楚了,能够检验弱作用中宇称是否守恒的实验,必须包含有‘赝标量’的项。


有关宇称不守恒的思想突破,不管是谁首先做出来的,但根据现有文献资料可以确定的是,李杨第二次见面之前的某个时候,吴健雄已经加入了这项研究,在李杨诺贝尔奖论文发表之前就提出了用钴60的β衰变实验来验证宇称是否守恒问题的实验思想和方法,并且首先获得关键的实验结果。


05 吴健雄 1956年5月6日


吴健雄在1956年5月6日之前就开始思考和设计β衰变相关实验,这是判断吴健雄贡献远重要于其他实验者和合作者的关键之处。


左:吴健雄漫画文:“因为她精通β 衰变,她知道如何寻找;因为她是如此细心的研究员,她用困难的实验证实了费米的理论是正确的。许多人认为,吴健雄应该共享1957年诺贝尔物理学奖,但她没有。” 绘画:Rebecca Huang 。右:费米教授(1901-1954)


1956年5月上旬,在与李政道讨论后,吴健雄提出了β 衰变检验宇称的实验思想和方法,这应该是李政道和杨振宁1956年6月22日论文中所建议关键和的具体的实验的思想来源,也应该是他们在论文中感谢吴健雄的原因。



“解决对称破坏这一问题的最后推动力,几乎完全来自实验方面。”

——李政道 《破缺的宇称》 1986年




1950年代,吴健雄在哥伦比亚大学的实验室,当时,她已是β 衰变实验领域的世界权威。



在1945-1952年间,我完全沉浸于β衰变的实验研究,那是β衰变一个激动人心的时期。尽管从1952年开始,我的兴趣慢慢离开了β衰变,但它依然像一个老朋友一样在我内心深处。珍藏在我心中的一个特别位置。1956年初春的一天,当我的同事李政道教授来到我位于普平物理实验室13楼的小办公室时,这种感觉被再次点燃。—— 吴健雄 1983年 The discovery of the Parity Violation in Wake Interactions and Its Recent Developments



1956年4月罗切斯特会议后,李政道和杨振宁对他们5月初在哥伦比亚大学第一次会面的具体日期各有说法,但李政道在5月6日之前已经与吴健雄讨论了在β衰变中检测宇称实验的可行性。


1996年出版的江才健著作《物理科学的第一夫人——吴健雄》中写道,吴健雄从5月6日已经开始积极思考和准备相关的实验。


李政道和吴健雄是哥伦比亚大学物理系的同事,也是相知深切的好朋友。吴健雄年长李政道14岁,是李政道的师长辈,李政道有问题时也经常找吴健雄讨论。


1948年,22岁的李政道第一次在哥伦比亚大学见到吴健雄时,她已是世界顶级的β 衰变实验权威,而他当时还是芝加哥大学的博士研究生。当时,吴健雄在实验室向李政道介绍自己正在进行的β衰变实验,实验的结果是否定了科诺平斯基-乌伦贝克理论,与李政道的博士导师费米的理论吻合。


李政道表示同意,他说:“这很好,反正费米的理论一定是对的,我完全接受了她的结论。从此我与健雄建立起了长达半个世纪的非常亲密的工作和私人关系。”


1956年5月初,当李政道思考弱作用中宇称守恒的问题时,他想到了弱作用实验领域的β衰变专家吴健雄,并向她请教。他回忆道:


β 衰变是一个有长久研究历史的领域,那时已经有了大量可供利用知识。由于宇称守恒一直是一个在所有分析中都不言而喻的假设,宇称的概念被广泛地应用,因此,需要非常慎重地去检验所有已经有的实验事实,去看一看宇称守恒是不是能够推广到β 衰变。β 衰变领域世界上最权威的专家之一是吴健雄,她的办公室就在哥伦比亚大学比我的办公室高几层的楼上。我访问了她,告诉她这些想法,她对此非常感兴趣……


1997年2月16日,吴健雄在纽约逝世,5月30日,李政道在北京大学 “纪念吴健雄” 会议上发表演讲,讲述1956年5月初的一天,他从哥伦比亚大学物理系8楼办公室到13楼吴健雄的办公室公的情形:


我对健雄讲了一下高能物理中K 介子的θ-τ之谜,同时也讲了一下原因可能是宇称不守恒。假如宇称不守恒,β衰变中一定可以做出结果的。怎么去检验? 那天我们讨论了很多方案。用Co-60是健雄提出来的。我离开以后,她认为这是一个 “黄金机会”,也是对她的一个挑战。因为这类实验从来没有人做过,虽然宇称这个观念在β衰变里已经用得很多了,而且大家都以为宇称守恒当然是对的,可是从来没有被检验过。所以这个实验是很难的,是一个挑战。


1956年我和杨振宁在理论上建议了宇称不守恒,而实验上的确定是健雄做的。


她的文章于40年前的(1957年)2 月15 日发表在《物理评论》(Physical Review )第105 卷的第1413 页上。紧接着她的论文,加温、莱德曼和温里克(M. Weinrich)在第1415页上发表了π的μ子衰变和μ子的电子衰变,得到了同样的结论。在同一卷的第1681页,还有特莱格迪(V. Telegdi)和弗里德曼(J. Friedman)的文章,等等。在以后的半年之内,大概有几百个这方面的实验出来。


1972年,吴健雄在发表于《实验物理探险》的自述文章中写道:


……1956年早春的一天,李政道教授来到普平物理实验室第十三层我的办公室。他先向我解释“θ-τ之谜”。他继续说,如果θ-τ之谜的答案是宇称不守恒,那么这种破坏在极化核β衰变的空间分布中也应该观察到:我们必须去测量赝标量(σ· p),p是电子的动量,σ是核的自旋。


在这一次的讨论中,吴健雄说:“不幸的是,我未能为他提供任何来自β衰变的赝标量(σ· p)信息。以前所有的β衰变研究的基本上只是“标量”,比如β-光谱的形状和强度或半衰期。”


两人讨论了多种实验方案,包括β衰变实验的可能性。5月6日,吴健雄开始积极准备用衰变检验宇称守恒的实验。她回忆道:


……在李教授的访问之后,我把事情从头到尾想了一遍,对于一个从事β衰变物理的学者来说,去做这种至关重要的实验,真是一个宝贵的机会,我怎么能放弃这个机会呢?......那年春天,我的丈夫袁家骝和我打算去日内瓦参加一个会议,然后到远东去。我们俩都是在1936年离开中国的,正好二十年了。我们已经预订了伊丽莎白王后号船票。但我突然意识到,我必须立刻去做这个实验,在物理学界的其他人意识到这个实验的重要性之前去做。于是我请求家骝让我留下,由他一个人去。


......五月底,春季学期结束后,我开始认真准备这个实验……9月中旬,我终于去了华盛顿特区,第一次会见到了安伯勒博士……当实验在华盛顿进行期间,为了教学和其他研究事务,我必须穿梭于华盛顿和哥伦亚大学之间。在圣诞节前夕,机场因大雪而关闭,我乘末班火车回到纽约。我告诉李教授我们观察到的不对称是可以重复的,而且很大。不对称参数几近于-1. 李教授说非常好,这个结果正是中微子二分量理论所期望的。


李杨在有关宇称问题的研究合作中的叙述虽有不同,但根据他们以及吴健雄的叙述和回忆,以及相关论文的内容的分析,应该可以确定以下事实:


1

1956年5月6日之前,在李政道和吴健雄的第一次讨论中,两人就讨论了β衰变中宇称不守恒问题,以及在测量中需要考虑赝标量,而考虑赝标量的思想是李政道在4月与斯坦伯格的讨论中提出的。吴健雄告诉他:已有的β衰变实验中没有关于宇称守恒与否的实验,因为测量中用的是二维标量,没有用过三维赝标量;两人讨论了用赝标量在β衰变实验中检验宇称守恒的问题;从5月6日开始,吴健雄开始考虑并决定做这个实验,她放弃了已订好船票的暑假到欧洲和台湾的访问计划;


2

1956年5月中下旬,当李政道告知低温下极化原子核技术时,吴健雄立即指出最好用钴60作为β衰变放射源来检验宇称守恒问题,而不是用核反应器产生的极化核或极化中子束;


3

根据江才健著《物理科学第一夫人——吴健雄》,1956年6月4日,吴健雄打电话给国家标准局专家安伯勒,讨论在低温β衰变中检验宇称守恒的实验;7月24日,吴健雄致信安伯勒,告知她已在液态氦极低温度环境中探测衰变的实验中,得到满意效果,如果没有其它突发技术问题,他们应该见面讨论;但因为安伯勒在8月要休假两周,因此,直到9月中旬,吴健雄才到华盛顿特国家标准局,第一次与安伯勒会面。


这些记录表明:在与李政道讨论的中,吴健雄基于李政道的想法,已经提出了β衰变检验宇称守恒的具体实验的思想和方法,这也是李杨6月22日论文中相关实验方法的来源,这也是他们在论文中感谢吴健雄的原因。吴健雄参与宇称不守恒研究的时间,远在李政道和杨振宁6月22日论文成文和投稿之前。


因此,吴健雄并不是在得知李杨6月22日论文完成后,才开始思考和开展β衰变相关实验的,这说明吴健雄的贡献远重要于其他实验者和合作者。


06 “用Co-60是健雄提出来的”


左:吴健雄设计的β衰变实验方案 来源:李政道 1997年5月30日 北京大学演讲。左:杨振宁1957年12月11日 在瑞典科学院诺贝尔演讲中的衰变实验示意图,称这是他和李政道1956年夏天提出的实验。来源:杨振宁 1957年12月11日在瑞典科学院的诺贝尔演讲。



在1957 年2月15日发表Experimental Test of the Parity Conservation in Beta Decay论文中,她以第一作者的身份,第一次用实验否定了宇称守恒定律,同时也否定了粒子-反粒子对称的假设。对称和守恒是物理学的基础,但这两个很重要的定律和假设都被健雄的实验推翻了。所以,这是一个划时代的实验。
——李政道 1997年5月30日 北京大学吴健雄纪念演讲



吴健雄在宇称不守恒发现中的关键贡献,是提出并实现用钴60作为β衰变放射源来检验弱作用中宇称是否守恒的问题。


1956年5月中下旬的一天,在布鲁克海文实验,李政道和杨振宁室遇见了物理学家哥德哈伯。当哥德哈伯听说他们正在写一篇论文时,就告诉他们英国牛津大学的科学家们已经能够把原子极化。这个技术启发了两人在论文中提出的两种实验技术之一的关键技术,也应该是他们在6月22日的论文中感谢哥德哈伯的原因。


李政道回到哥伦比亚大学,再次去向吴健雄请教β衰变的有关实验问题。吴健雄问:是否有人提出用什么具体的想法来做实验?李政道说哥德哈伯提出过用极化原子技术来检验,吴健雄立即指出,最好是利用钴60作为β衰变放射源来进行极化原子核实验。她回忆说:


在李政道教授离开我的办公室之前,我问他是否有人提出过有关这个测试的想法。他说,有人建议用核反应器中产生的极化核或反应器中产生的一个慢中子束。然而,不知为什么,我非常担心这两种方法的使用。我建议最好是使用钴60作为β放射源,并以绝热退磁方式极化它,这种方法的极化率可高达65%。李博士对钴60β放射源的高极化率非常感兴趣,他向我借了一本使用这种方法的参考书。


对这一过程,1957年12月11日,杨振宁在瑞典科学院诺贝尔演讲中说:


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部都一样:安排两套实验装置,它们互为镜像且包含弱相互作用。然后检查这两套装置仪表上的计数是否总是相同。如果读数不同,就毫不含糊地证明左右对称性不成立。此想法示于图2,它描述用以检验β 衰变中宇称是否守恒的实验。


这个实验首先由吴健雄、安伯勒(E. Ambler)、海沃德(R. W. Hayward)、霍普斯(D. D. Hopper)和赫德逊(R.P Hudson)在1956年下半年着手进行而于今年初完成。实际的实验装置非常复杂。因为要消除外界干扰的影响,实验必须在极低温度下进行,把β衰变的测量和低温装置结合在一起是前所未未闻的,这是主要困难之一。这个难题被吴健雄她们成功解决了。这过去一年中关于宇称问题的惊人重大发现,应归功于她的勇气和技巧。


1982年,杨振宁在《吴健雄证明了宇称不守恒》中写道:


一种可能的做法是测量极化β衰变的方向分布。但困难在于如何使核极化,而我和李政道都不知道当时已能通过低温技术使核极化。后来,哥德哈伯、吴健雄等人谈及这个问题,我们才知道有这样技术,于是便提议:用钴60来研究,可能是很合适的。


相比较于李政道和吴健雄对具体过程的描述,杨振宁的回忆较为笼统,这可能是由于空间和时间的限制,杨振宁很可能没有机会直接与吴健雄讨论这方面的问题。而李政道因为和吴健雄同在哥伦比亚大学物理系,有更多的机会直接讨论和交流。


在1962年5月12日出版的《纽约客》杂志上,理论物理学家伯恩斯坦(Jeremy Bernstein 1929--)发表文章 “宇称问题侧记” 表明,杨振宁说他记不准在有关检验弱作用的实验想法是怎么得来的。文章写道:


“回顾过去,像李-杨做出的发现,看起来容易,但对发现者来说就不一样了。最近,我和杨讨论了这一问题。他试着描述了一个人在这种情况下的心理过程……杨已记不准他和李要去检验过去有关弱作用实验的想法是怎么得来的了。但是他却记得是什么时候、在什么地方。那是五月初,他刚刚驾车从厄普顿(布鲁克海文实验室所在地)到纽约访问李。他把李从哥伦比亚大学的办公室接上车……他们便去附近的白玫瑰咖啡馆。他们坐下来开始讨论。这时,他们忽然有一个想法。突然,他们明白了,应该去检查一个又一个弱作用实验的结果,去看一看有没有任何有关宇称不守恒的信息。”


07 西格邦1955年出版 《β和伽马射线光谱学》

左:凯·西格邦(K. Siegbahn,1918-2007)瑞典物理学家, 1981年诺贝尔物理学奖得奖者。右:1955年出版的《β和伽马射线光谱学》。


1955年由西格邦编辑出版的《β和伽马射线光谱学》论文集,其中有两章由吴健雄撰写。吴健雄借给李政道的这本书,像一束光,启发了李政道和杨振宁研究中的新思路。


两人通读了西格邦的这本书,吃惊地发现已有的β衰变的结果和宇称守恒与否并没有关系;尽管宇称守恒定律作为被科学界早已接受的普遍定律,但事实上在弱相互作用方面却完全没有实验证据。他们终于找到了解决问题的方向。


对这一过程,李政道1986年在《破缺的宇称》中写道:


我访问了她,告诉她这些想法。她对此非常感兴趣,把西格邦编辑的β衰变的权威书籍借给我看。那时,杨和我对宇称算符P的实质意义都还不清楚……


杨和我开始系统地用推广的宇称不守恒作用对所有已知的β衰变现象进行研究。我们很快读完西格邦的书,经常保持电话联系。我们花了两个星期的时间完成了全部的β衰变分析……


最后,我们读到西格邦书结尾,用这一新的相互作用重新推导了全部老公式,到那时就清楚了,并不存在任何一个证据,证明β衰变中宇称是守恒的。我们又会合在一起校对计算手稿。在讨论中我们认识到我们是多么愚蠢,为什么那些复杂的Ci*Cj’、干涉项互相消去,这应该有一个非常简单的理由。当我们停止计算、开始思考,在非常短的时间里事情就清楚了,不存在证据的理由是一个简单事实,就是没有任何人曾试图从看来似乎是左右对称的安排中去观察一个赝标物理量!


在1957年12月11日诺贝奖颁奖礼的演讲中,杨振宁讲述当时的思想状态:


在并没有实验支持的情况下,长期以来,人们竟错误地相信弱相互作用中宇称守恒,这个事实本身就是令人吃惊的。然而,更令人吃惊的是,物理学家如此充分了解的一个空间时间对称定律可能面临破产。我们并不喜欢这种可能。我们是由于试图理解θ-τ之谜的各种努力都遭到挫折,而被迫考虑这种可能。


在弄清楚这些问题的基础上,1956年5月底,李政道和杨振宁决定应该在弱相互作用中用赝标量去检验宇称是否守恒,两人准备撰写一篇论文。


08 “吴实验”(Wu Experiment)






吴(健雄)向李(政道)建议:不要用产生于反应器的极化核,或者是产生于反应器的一束极化慢中子束,“最好的方法是用绝热去磁化极化的钴60作为β衰变源,这种方法的极化率可高达65%。”在当时不能保证宇称可能不守恒的情况下,吴决定自己来这个实验……

1956年6月4日,吴打电话给国家标准局的欧内斯特·安伯勒,他热情地接受了她的提议:利用标准局的原子核专家和设备做这个实验。

——1997年10月 《今日物理》 “吴健雄逝世” 作者:理查德·加温 李政道



在确定用钴60作β衰变实验的放射源后,吴健雄需要有低温设备的实验室,因为她设计的实验需要低温物理实验装置。


她找到的是哥伦比亚大学的物理学家加温(Richard Garwin,1928-)。


28岁的加温当时工作于IBM设在哥大的华生实验室,他既是IBM的高级研究员和技术主管,也是哥伦比亚大学物理系的年轻教授。1946-1949年,加温和李政道、杨振宁均在芝加哥大学攻读博士。加温是费米的实验物理博士生,21岁获得博士学位。费米曾说:加温是他见过的唯一真正天才。1952年,24岁的加温是第一枚氢弹的设计者。


也许,更为有趣和重要的是,1957年1月5日,在获知吴健雄实验组的最初结果后,加温和同事莱德曼立即动手做李-杨论文中建议的第二个实验,并在四天后获得结果,成为第二个证实宇称不守恒的实验,两篇论文同时发表在2月15日的《物理评论》上。不过加温和莱德曼从未认为自己的贡献比吴健雄更重要。四十年后,1997年3月,69岁的加温还在《自然》撰文,称赞吴健雄在宇称不守恒发现中的原创性贡献。


1956年5月底,当吴健雄表示希望加温和她共同来合作验证宇称守恒的实验时,加温正在领导IBM的一个100多人团队的超导计算机的研究计划。他表示没有时间和她合作,但建议吴健雄与华盛顿国家标准局的科学家合作,那里有低温技术专家和可进行原子核极化的低温实验室可进行原子核极化实验。于是,吴健雄找到了位于华盛顿特区的国家标准局。


1956年6月4日,吴健雄在纽约哥伦比亚大学办公室,打电话给华盛顿特区的国家标准实验室的欧内斯特·安伯勒,邀请他共同进行检验β衰变中宇称是否守恒的实验。吴健雄在电话中向安伯勒讲述了她的实验构想。安伯勒问:这个实验的β衰变效应会显示出很会大的不对称效应吗?吴健雄说应该会。


安伯勒是一位低温物理学家,1956年33岁,两年前在英国牛津克莱文登实验室获得博士学位,由此,他成为1956年国家标准局参与b衰变实验的负责人。1988年,安伯勒已经是国家标准局局长,他在官方口述历史中回忆,自己当时是一个初出茅庐的新手,还不知自己未来对物理学的贡献会在哪里,对于哥伦比亚大学资深物理学家的合作邀请,感到荣幸。


之后,吴健雄与安伯勒进行了多次电话交流,同时,安伯勒也在征求国家标准局主管同意,在国家标准局开展这项实验。6月22日之后,吴健雄还将李-杨论文预印本寄给了安伯勒。7月24日,吴健雄致信安伯勒,告诉他自己已经在为液氦极低温环境中探测β衰变实验的准备,建议两人会面讨论,但因安伯勒在8月要休假两个星期,他们第一次会面是在9月中旬。在此期间,吴健雄再次找加温合作,加温太忙,仍建议她与国家标准局专家合作,进展会更快,尽管在纽约和华盛顿间往返会劳累一些。


在吴健雄积极准备实验时,李政道杨振宁的论文已在物理界传播,但当时绝大多数同行对宇称可能不守恒持相当的怀疑。


第一个做实验的是吴健雄。第二个是芝加哥大学的特莱格迪教授(V.L.Telegdi)——1956年8月,他在列昂哪·马歇尔(Leona Marshall)的办公桌上看到李-杨论文的预印本,于是他的实验组按李-杨论文中建议的另一个方案做实验,其间他回到欧洲两个月,处理家庭事务,1957年1月,在获知吴健雄实验组的最初结果后,匆忙写成论文,成为第三篇证实宇称不守恒的论文。特莱格迪也曾对于自己未能率先发表结果而耿耿于怀。


9月中旬,吴健雄第一次来到国家标准实验室与安伯勒会面。安伯勒带她参观实验室,介绍她认识后来密切合作的同事们。经过短暂的磨合后,吴健雄和国家标准局的四位科学家组成实验组。在实验进行过程中,吴健雄在哥伦比亚大学还有教学和研究工作,因此,在华盛顿做实验期间,她基本上每周穿梭于国家标准局和哥伦比亚大学之间。


在1962年5月12日《纽约客》发表的文章《宇称问题侧记》中,杰米·伯恩斯坦写道:在让实验物理学家们去做工作之前,李和杨除了等待之外不能做什么事......


参考文献

[1]李政道: 吴健雄和宇称不守恒实验 2015.12.09. 赛先生

[2]江才健 著 《物理科学的第一夫人》 复旦大学出版社 1997.3

[3]季承 柳怀祖 滕丽 编 《宇称不守恒发现之争论解谜 – 李政道答《科学时报》记者杨虚杰问及有关资料》 2003.4

[4]江才健 著 《规范与对称之美——杨振宁 传》 台湾天下远见出版股分有限公司 2002.10

[5]《杨振宁文集 传记 演讲 随笔》 华东师范大学出版社 1998.4

[6]National Medal of Scienct Chien-Shiung Wu (1912-1997) nsf.gov/news/special_re

[7]Massive Science: Meet Chien-Shiung Wu, the nuclear physicist who developed revolutionary experiments

massivesci.com/articles

results.

[8]National Woment's Hall of Fame Chien-Shiung Wu:

womenofthehall.org/indu

[9]科学春秋:李政道杨振宁遭遇冷处理:60年前中国人第一次获诺奖

mp.weixin.qq.com/s/E4kK 1/35

[10]Oral History Program Ernest Amber interview Karma Beal July 7, 1988

[11]Thirty Years Since Parity Nonconservation ---- A Symposium for T.D.Lee Edited by Robert Novick Boston: Basel: Birkhauser 1988

[12]Magdolna Hargittai: Credit where credit’s due? 13 Sep 2012 Physics World

[13]Chen-Ning Yang: Weighing in on Wu’s legacy Dec 2012 Physics World

[14]CNN:Postal service honors Japanese American vets and a Chinese American scientist with new stamps cnn.com/2020/12/08/us/p

[15]1. National news Nov. 17, 2020 Hello, 2021

[16]U.S. Postal Service Announces Upcoming

Stampsabout.usps.com/newsroom

[17]Physics: CHIEN-SHIUNG WU FEATURED ON USPS FOREVER STAMP

[18]USPS: National News: Nuclear Physicist Chien-Shiung Wu to be Honored on a U.S. Postal Service Commemorative Forever Stampabout.usps.com/newsroom

[19]USPS: Chien-Shiung Wu Commemorative Forever® Stamp about.usps.com/newsroom


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