美國發(fā)行郵票紀(jì)念華裔物理學(xué)家吳健雄

編譯 之涵

吳健雄出生于江蘇省太倉市瀏河鎮(zhèn)，1936年移民美國

對于許多人來說，美籍華裔物理學(xué)家吳健雄的名字聞所未聞，但她卻獲得了一項(xiàng)難能可貴的殊榮——被印在郵票上加以紀(jì)念，因?yàn)檫@項(xiàng)榮譽(yù)通常只授予諸如愛因斯坦、費(fèi)米、費(fèi)曼等物理學(xué)界大名鼎鼎的人物。2021年2月11日，即在婦女和女童參與科學(xué)國際日這天，美國郵政總局發(fā)行了吳健雄紀(jì)念郵票。1956年，吳健雄從本質(zhì)上證明了宇稱不守恒定律。

吳健雄于1997年去世，享年84歲。她雖然沒有因?yàn)樽C明宇稱不守恒定律而榮獲諾貝爾獎(jiǎng)，但許多科學(xué)家認(rèn)為，她屬于被諾貝爾獎(jiǎng)委員會不公平對待的女性之一。哈佛大學(xué)粒子物理學(xué)家梅麗莎·富蘭克林（Melissa Franklin）表示：“那項(xiàng)實(shí)驗(yàn)至關(guān)重要。她是一位了不起的科學(xué)家。”

宇宙可以被看作是一個(gè)由基本粒子組成的巨大集合，這些粒子通過四種力相互作用，即引力、電磁力、束縛原子核的強(qiáng)力，以及產(chǎn)生一種被稱為β衰變的核衰變的弱力。物理學(xué)家曾經(jīng)假設(shè)，如果將所有粒子的位置顛倒——左右、上下、前后互相交換，并反轉(zhuǎn)它們的動量，宇宙將照樣運(yùn)行。例如，如果您在一個(gè)時(shí)鐘上執(zhí)行這樣的“宇稱”轉(zhuǎn)換，所產(chǎn)生的奇怪鏡像時(shí)鐘會像原來的時(shí)鐘一樣滴答作響。

然而，到了20世紀(jì)50年代，物理學(xué)家通過向目標(biāo)發(fā)射高能質(zhì)子來產(chǎn)生轉(zhuǎn)瞬即逝的奇異亞原子粒子，而某些粒子的衰變似乎違背了宇稱性。1956年6月，哥倫比亞大學(xué)理論物理學(xué)家李政道和布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室理論物理學(xué)家楊振寧提出，在弱相互作用中可能不存在宇稱。他們在論文中提出了一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，以對該假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證。關(guān)于這一點(diǎn)，他們咨詢了吳健雄。

實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在于要研究既自旋又會經(jīng)歷衰變的原子核。在衰變過程中，它會釋放出一個(gè)電子和一個(gè)幾乎無法檢測到的中微子。如果宇稱守恒，電子在各個(gè)方向出現(xiàn)的概率應(yīng)該相等。如果宇稱不守恒，電子更有可能在相對于原子核自旋一個(gè)方向出現(xiàn)。

吳健雄榮譽(yù)等身，包括獲得1975年美國國家科學(xué)獎(jiǎng)

這正是1956年12月吳健雄與其同事在美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（今美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院）開展的實(shí)驗(yàn)中得到的結(jié)果。他們將放射性鈷-60樣品置于強(qiáng)磁場中，并將其冷卻至接近絕對零度，以使大多數(shù)原子核自旋方向極化（即使自旋幾乎都在同一方向），觀察鈷-60原子核β衰變放出的電子的出射方向。他們發(fā)現(xiàn)，鈷-60原子核的自旋方向和電子的出射方向形成左手螺旋：左手手指彎曲代表原子核旋轉(zhuǎn)方向，那么電子會在拇指的方向出現(xiàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了弱相互作用中的宇稱不守恒。

李政道和楊振寧因發(fā)現(xiàn)宇稱不守恒定律而分享了1957年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，但吳健雄則無緣該獎(jiǎng)項(xiàng)。一些學(xué)者認(rèn)為，諾貝爾委員會沒有考慮授予她諾貝爾獎(jiǎng)，是因?yàn)椴磺宄鋱F(tuán)隊(duì)在該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)觀察中是否擁有優(yōu)先權(quán)。吳健雄似乎被哥倫比亞大學(xué)的萊昂·萊德曼（Leon Lederman，1988年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者之一）領(lǐng)導(dǎo)的競爭對手搶先了，后者通過觀察一種被稱為介子的粒子的衰變，獲得了相同的結(jié)果。布達(dá)佩斯科技與經(jīng)濟(jì)大學(xué)化學(xué)家、科學(xué)歷史學(xué)家瑪多娜·哈吉泰（Magdolna Hargittai）在2012年發(fā)表的一篇文章中寫道，萊德曼團(tuán)隊(duì)開始實(shí)驗(yàn)的時(shí)間更晚，但事先準(zhǔn)備好了一份手稿，并在李政道的要求下推遲了投稿發(fā)表的時(shí)間。

然而，麻省理工學(xué)院物理學(xué)家、科學(xué)歷史學(xué)家大衛(wèi)·凱澤（David Kaiser）指出，李政道和楊振寧通過與吳健雄進(jìn)行討論，完善了他們的理論思想。吳健雄指出，低溫鈷-60源是獲得自旋極化β源的最好方法。此外，凱澤還表示，諾貝爾獎(jiǎng)委員會本可以在之后再次為該實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果頒發(fā)諾貝爾獎(jiǎng)。他說：“我覺得我們有充分的理由認(rèn)為，她被忽視了，或者至少對這樣的榮譽(yù)當(dāng)之無愧。”

拋開諾貝爾獎(jiǎng)的爭議不談，宇稱不守恒定律的發(fā)現(xiàn)對粒子理論產(chǎn)生了巨大影響。粒子物理學(xué)家關(guān)于基本粒子和力的整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型都源于各種抽象的對稱性以及粒子之間的相互作用有時(shí)是如何打破這些對稱性的。凱澤說，宇稱不守恒定律為上述理論的發(fā)展奠定了概念基礎(chǔ)。

物理學(xué)家獲得諾貝爾獎(jiǎng)的機(jī)會要比出現(xiàn)在郵票上的機(jī)會大得多。美國郵政總局的官員表示，他們沒有統(tǒng)計(jì)過究竟有多少物理學(xué)家被印在了郵票上，但肯定不會很多。除了吳健雄，這個(gè)名單上的物理學(xué)家還包括愛因斯坦、費(fèi)米和費(fèi)曼。此外，還有火箭科學(xué)家羅伯特·戈達(dá)德（Robert Goddard）、實(shí)驗(yàn)學(xué)家羅伯特·米利根（Robert Millikan）、空氣動力學(xué)家西奧多·馮·卡門（Theodore von Kármán）、凝聚態(tài)理論學(xué)家約翰·巴丁（John Bardeen）和核理論學(xué)家瑪麗亞·梅耶（Maria Goeppert Mayer）。談到吳健雄，富蘭克林說：“我認(rèn)為她是否獲得諾貝爾獎(jiǎng)并不重要，能夠出現(xiàn)在郵票上比這更有意義。”

美國郵政總局郵票服務(wù)部負(fù)責(zé)人威廉·蓋克（William Gicker）介紹說，吳健雄的名字經(jīng)過了紀(jì)念郵票的標(biāo)準(zhǔn)篩選程序。任何人都可以對紀(jì)念郵票的人選進(jìn)行提名。美國郵政每年會收到大約3萬份提名。那些符合要求的提名將提交給公民郵票咨詢委員會，由該委員會向郵政總局提出建議。美國郵政總局每年只發(fā)行幾十枚紀(jì)念郵票。

蓋克指出，該委員會希望發(fā)行更多與科學(xué)相關(guān)的郵票，并增加人物紀(jì)念郵票的數(shù)量。即便吳健雄并非是一個(gè)家喻戶曉的名字也沒關(guān)系。蓋克說：“我們希望通過一件1英寸見方的藝術(shù)品來吸引人們的關(guān)注。他們看到郵票后會想，他/她是誰？他/她有什么成就？在未來幾年，我們應(yīng)該留意科學(xué)界其他杰出女性。”

資料來源 Science