美國發(fā)行郵票紀念華裔物理學家吳健雄

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，美籍華裔物理學家吳健雄的名字聞所未聞，但她卻獲得了一項難能可貴的殊榮——被印在郵票上加以紀念，因為這項榮譽通常只授予諸如愛因斯坦、費米、費曼等物理學界大名鼎鼎的人物。2021年2月11日，即在婦女和女童參與科學國際日這天，美國郵政總局發(fā)行了吳健雄紀念郵票。1956年，吳健雄從本質上證明了宇稱不守恒定律。

吳健雄于1997年去世，享年84歲。她雖然沒有因為證明宇稱不守恒定律而榮獲諾貝爾獎，但許多科學家認為，她屬于被諾貝爾獎委員會不公平對待的女性之一。哈佛大學粒子物理學家梅麗莎·富蘭克林（Melissa Franklin）表示：“那項實驗至關重要。她是一位了不起的科學家?！?/p>

宇宙可以被看作是一個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、束縛原子核的強力，以及產(chǎn)生一種被稱為β衰變的核衰變的弱力。物理學家曾經(jīng)假設，如果將所有粒子的位置顛倒——左右、上下、前后互相交換，并反轉它們的動量，宇宙將照樣運行。例如，如果您在一個時鐘上執(zhí)行這樣的“宇稱”轉換，所產(chǎn)生的奇怪鏡像時鐘會像原來的時鐘一樣滴答作響。

然而，到了20世紀50年代，物理學家通過向目標發(fā)射高能質子來產(chǎn)生轉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，哥倫比亞大學理論物理學家李政道和布魯克海文國家實驗室理論物理學家楊振寧提出，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實驗方案，以對該假設進行驗證。關于這一點，他們咨詢了吳健雄。

實驗的關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，它會釋放出一個電子和一個幾乎無法檢測到的中微子。如果宇稱守恒，電子在各個方向出現(xiàn)的概率應該相等。如果宇稱不守恒，電子更有可能在相對于原子核自旋一個方向出現(xiàn)。

吳健雄榮譽等身，包括獲得1975年美國國家科學獎

這正是1956年12月吳健雄與其同事在美國國家標準局（今美國國家標準與技術研究院）開展的實驗中得到的結果。他們將放射性鈷-60樣品置于強磁場中，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方向，那么電子會在拇指的方向出現(xiàn)。這個實驗結果證實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年的諾貝爾物理學獎，但吳健雄則無緣該獎項。一些學者認為，諾貝爾委員會沒有考慮授予她諾貝爾獎，是因為不清楚其團隊在該項實驗觀察中是否擁有優(yōu)先權。吳健雄似乎被哥倫比亞大學的萊昂·萊德曼（Leon Lederman，1988年諾貝爾物理學獎獲得者之一）領導的競爭對手搶先了，后者通過觀察一種被稱為介子的粒子的衰變，獲得了相同的結果。布達佩斯科技與經(jīng)濟大學化學家、科學歷史學家瑪多娜·哈吉泰（Magdolna Hargittai）在2012年發(fā)表的一篇文章中寫道，萊德曼團隊開始實驗的時間更晚，但事先準備好了一份手稿，并在李政道的要求下推遲了投稿發(fā)表的時間。

然而，麻省理工學院物理學家、科學歷史學家大衛(wèi)·凱澤（David Kaiser）指出，李政道和楊振寧通過與吳健雄進行討論，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，諾貝爾獎委員會本可以在之后再次為該實驗觀察結果頒發(fā)諾貝爾獎。他說：“我覺得我們有充分的理由認為，她被忽視了，或者至少對這樣的榮譽當之無愧?！?/p>

拋開諾貝爾獎的爭議不談，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。粒子物理學家關于基本粒子和力的整個標準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。

物理學家獲得諾貝爾獎的機會要比出現(xiàn)在郵票上的機會大得多。美國郵政總局的官員表示，他們沒有統(tǒng)計過究竟有多少物理學家被印在了郵票上，但肯定不會很多。除了吳健雄，這個名單上的物理學家還包括愛因斯坦、費米和費曼。此外，還有火箭科學家羅伯特·戈達德（Robert Goddard）、實驗學家羅伯特·米利根（Robert Millikan）、空氣動力學家西奧多·馮·卡門（Theodore von Kármán）、凝聚態(tài)理論學家約翰·巴?。↗ohn Bardeen）和核理論學家瑪麗亞·梅耶（Maria Goeppert Mayer）。談到吳健雄，富蘭克林說：“我認為她是否獲得諾貝爾獎并不重要，能夠出現(xiàn)在郵票上比這更有意義?！?/p>

美國郵政總局郵票服務部負責人威廉·蓋克（William Gicker）介紹說，吳健雄的名字經(jīng)過了紀念郵票的標準篩選程序。任何人都可以對紀念郵票的人選進行提名。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)行幾十枚紀念郵票。

蓋克指出，該委員會希望發(fā)行更多與科學相關的郵票，并增加人物紀念郵票的數(shù)量。即便吳健雄并非是一個家喻戶曉的名字也沒關系。蓋克說：“我們希望通過一件1英寸見方的藝術品來吸引人們的關注。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，我們應該留意科學界其他杰出女性。”

資料來源 Science