故事连载 | 《吴健雄》之九 宇称不守恒的革命性科学实验

发布者:党委宣传工作组发布时间:2022-06-06浏览次数:1393

 19561224日夜,有一位身形娇小的中年东方女性,随着人群挤上了华盛顿开往纽约的列车,她就是吴健雄。此刻,她也没有引起同行人的注意。可是,这次她带回纽约的实验结果使得20世纪的物理进展发生了革命性的重大改变。

1957年吴健雄在纽约宣布宇称不守恒的革命性实验获得成功

 那么,这项实验是什么呢?这就是当时在纽约州立大学的教授杨振宁博士和纽约市哥伦比亚大学的教授李政道博士,他们对长期以来科学家一直深信的一个科学观点大胆提出革命性的质疑,提出了宇称不守恒定律。1956年,杨、李大胆断言:τ和θ是完全相同的同一种粒子(后来被称为K介子),但在弱相互作用的环境中,他们的运动规律却不一定完全相同,通俗地说,这两个相同的粒子如果互相照镜子的话,它们的衰变方式在镜子里和镜子外居然不一样,用科学语言来说,θ-τ粒子在弱相互作用下是宇称不守恒的。吴健雄用钴60验证,她用两套实验装置观测钴60的衰变,这两套装置中的钴60互为镜像,实验结果表明,他们放射出来的电子数有很大差异,而且电子放射的方向也不能互相对称,实验结果证实了弱相互作用中的宇称不守恒。杨振宁和李政道两位中国科学家也因此获得了至高无上的诺贝尔物理学奖。

吴健雄与和她合作进行宇称不守恒实验的美国国家标准局三位物理学家

合影:安伯勒(右一)、黑渥(右二)哈德森(左一)

 物理是一门实验的科学。杨振宁和李政道在弱相互作用中去向宇称守恒挑战,如果不是碰上吴健雄这样一位在弱相互作用实验方面的权威,并且有坚持弄清楚的决心,可以肯定是不会有这个结果的,至少不会这么快。

吴健雄是研究β衰变的权威,β衰变正是一种重要的弱相互作用。因此,杨振宁和李政道自然就想到了与吴健雄讨论这个问题。宇称守恒是被科学界早已接受的定律,但是,全然没有实验证据,因此,他们更加坚定了要用实验检验宇称不守恒。经过多次讨论,杨振宁和李政道完成了一篇论文,题目是《在弱相互作用中宇称是守恒的吗?》在《物理评论》上发表时的题目是《对弱相互作用中宇称守恒的质疑》,文章末尾感谢五位科学家,其中包括吴健雄。其实,后来杨振宁和李政道都没有押宝在宇称一定不守恒的质疑上,但是吴健雄的想法是,这肯定是一个好实验,应该要做,原因是β衰变中从来没有任何关于左右对称的资料。

 许多实验物理学家不做这些实验,是因为这些实验确实有相当困难,但是,她依然决定尽快进行实验。原来与袁家骝计划好到日内瓦参加高能物理会议,再到东亚作演讲旅行等,这是她1936年离开中国20年后,计划第一次回国,可是,因为要做实验,只能由袁家骝一个人去了。

吴健雄不是低温物理学家,但因实验需要,要了解低温物理知识,她请教了低温物理研究先驱荷兰物理学家奥尼斯、哥大物理学家加文等多位物理学家。此间,吴健雄还和美国国家标准局的科学家合作实验,虽然实验本身和合作的过程是极为困难的。但是,在经过了严谨、科学的实验后,验证了杨振宁、李政道提出的质疑是正确的。

 1957116日,纽约时报以《物理的基本观念宣称已经由实验而**》为题报道了吴健雄的实验结果,媒体评论认为,物理学家们终于找到了一条走出“宇宙丛林”的道路。

 由于这个实验科学发展的影响深远,所以,吴健雄接到无数大学和实验机构的邀请,请她去讲述她的实验。而杨振宁和李政道因此获得了诺贝尔物理学奖,奥本海默还为此设宴庆贺,晚宴时,奥本海默特地请吴健雄坐到他身旁,以示赏识和照顾。吴健雄对于自己没有得到诺贝尔奖,多年来没有公开表露过意见。而许多科学家因为吴健雄没有得到诺贝尔奖感到意外和不满,吴健雄在哥大的同事史坦格认为,这是诺贝尔委员会最大的失误。

 宇称不守恒的科学变革,对中国人更有不同的意义,原因是对这项科学成就作出最大贡献的,正是三位中国科学家。 (素材来源 江才健著《吴健雄》 文/何寿林 审核/丁锴)