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第二十八章 物理第一夫人--太仓吴建雄家族
作者:豢美    文章来源:《中华名门才俊·吴氏名门》    点击数:    更新时间:2009-1-7         ★★★
望。

在实验室,吴健雄是一个主宰者,对于学生的不当操作,会毫不迟疑地纠正。有时她也会对学生生气,但并不直接对他们叫嚷,只是走进自己的办公室,不和那个学生说话。吴健雄的中国旗袍装扮,以及她特别强的坚持己见和对学生的严格要求,使她在哥大物理系有了一个"龙女强人"的绰号。尽管学生在私下或背后如此称呼她,但心中决没有什么恶意,因为她是那个年代哥大物理系最具人情味的教授,慷慨而温暖。

5.破解"之谜"

1956年物理科学上发生了一个重大的革命,这个革命是为了解决当时物理学上所谓的"之谜"。

0和r这两种粒子,是从宇宙射线撞击一般物质,或者加速器中高能量粒子撞击普通物质的"碎片"中产生的。它们的生命周期很短,会很快地转变成其他生命周期较长的粒子,这在物理学上叫"衰变"。而令科学家困惑的是,0粒子的衰变会产生出两个丌介子,而r粒子衰变则产生出三个丌介子。于是两位华裔物理学家,当时在普林斯顿高等研究院的杨振宁和在哥伦比亚大学的李政道,共同提出了一个理论设想,认为过去物理科学上一直以为的关于左右对称的"宇称守恒",事实上在弱作用中是不成立的。这一质疑在当时的科学界是很不被人支持的,因为宇称守恒原本是研究物理的人一致相信的原理之一,对这个物理学基本原理发生怀疑,是非比寻常之举。因此,尽管由于奇异粒子在实验中显现出不可解的现象,引起对于宇称守恒诸多质疑的讨论,但是到最后却并没有许多人真正深入地去探究。但是吴健雄独具慧眼,她立刻看出这一个问题的重要性,并且即刻着手准备进行检验这个理论的实验工作。

那年春天,吴健雄原本已和袁家骝计划好,先到瑞士日内瓦出席一项高能物理会议,然后再到东亚地区去做一趟演讲旅行。为了这趟旅程,他们还订了伊莉莎白皇后号邮轮的票,准备坐船横渡大西洋。正当此时,吴健雄认识到这个实验的重要性,决定马上做一个清清楚楚的检验,袁家骝只好一个人踏上归乡之旅。

在这期间,吴健雄已经为她决意要进行的实验做了相当周全的准备。她在新出的科学文献中了解到原子核科学在C060方面最新发展的知识。由于她的实验是结合原子核实验技术和低温物理的技术,因此吴健雄也积极去了解低温物理的知识。

吴健雄本身不是低温物理学家,她知道必须找到对原子核极化有清楚了解的优秀低温物理学家,共同来进行实验工作。在华盛顿特区的国家标准局,是美国国内可以进行以低温环境达成原子核极化的实验室,吴健雄也知道在那里工作的安伯勒是来自英国牛津的克莱文登实验室,而且是1952年在国家标准局做出核极化的实验成员之一。1956年6月4日,吴健雄由纽约打电话给安伯勒,正式邀请他共同来进行这一个后来改变历史的实验,后来安伯勒又介绍他的顶头上司哈德森参加了实验组。1956年9月,吴健雄和她的合作伙伴正式开始实验工作。实验中遇到各种各样的困难是可想而知的,但吴健雄和她的合作者凭着深厚的物理理论、娴熟的实验技能以及坚韧不拔的意志,攻克了一道又一道的难关。譬如说,为了将晶体组合起来,形成一个大的屏蔽,必须在晶体上钻孔,再将之黏合起来,他们得到晶体专家的意见,才知道要用压力向内的牙医牙钻钻孔,才不会使很薄的晶体崩裂。而黏合晶体的粘接剂,在极低温中会失效,他们又改用肥皂,甚至用尼龙细线绑住。另外如何克服在液态氦低温下,液体变成超流体而引起的外泄问题,以及如何将在低温环境的衰变的测量利用一枝长的透明树脂棒导出观测等,都花了相当工夫,加上吴健雄和国家标准局四位科学家多年的经验,才一一克服的。

在实验进行过程中,由于吴健雄在纽约哥伦比亚大学还有教学和研究工作,因此每个礼拜总是华盛顿和纽约两头跑,并不是所有时间都在国家标准局的实验室。到1956年底,吴健雄领导的实验已经显现出相当的证据,"宇称守恒"在弱作用中确实是不成立的。吴健雄等人的实验报告论文,在1957年的1月15日寄到《物理评论》,李德曼等人的实验报告同时寄出这两篇论文同时到达《物理评论》,并且同在2月15日那一期刊出。在世界舆论界享有崇高地位的《纽约时报》以头版刊出新闻,报道这件科学大事,美国其他一些重要杂志如《时代》、《生活》等,也都在那个月做了大篇幅的报道,对吴健雄等人给予了很高的评价。

1月30日,美国物理学会在纽约市的纽约大饭店举行年会,参加的物理学家超过三千人,人数之多创历史纪录在年会最后一天的特别讨论会上,吴健雄报告了她的实验,同时杨振宁、李德曼和泰勒格帝也在会中做了报告。

由于这个科学发现影响深远,所以吴健雄立即接到无数大学和实验机构的邀请,邀请她去讲述她的实验,这使得一向不喜欢旅行的吴健雄频频出行。那年4月,第七届罗契斯特会议是以讨论强相互作用为主的会议,吴健雄也被请去演讲。那一年吴健雄的演讲旅行,并不仅限于美国,还到了瑞士、法国、意大利、以色列等地访问,所到之处都受到相当的瞩目。1957年10月,奥本海默还特别为杨振宁、李政道、吴健雄举行了一次晚宴表示祝贺。奥本海默在简短的讲话中表示,于宇称不守恒有三个人功劳最大,除了杨、李之外就是吴健雄,他特别强调不可忽略吴健雄的贡献。

正是借助吴健雄的实验结果,杨振宁和李政道能够以革命性的理论成就,荣获诺贝尔物理奖。那一年,对瑞典皇家科学院的诺贝尔委员会没有把诺贝尔奖颁给吴健雄,许多大科学家都公开表示了他们的失望和不满。1988年诺贝尔奖获得者,和吴健雄在哥大有长时间同事情谊的史坦伯格就以为,那年诺贝尔奖没有同时颁给吴健雄,是诺贝尔委员会最大的失误,原因是宇称不守恒的构想虽然是杨、李提出的,却是吴健雄做实验验证的。但是有些说法也许能为这件事提供一些解释。根据诺贝尔基金会的规定,在同一个项目中得奖人每年不得超过三人,如果让吴健雄和杨、李一同得奖,也正好符合这个规定,问题出在和吴健雄合作的科学家身上,特别是她的主要合作者安伯勒。

吴健雄对于自己没有得到诺贝尔奖,多年来从未公开表露过意见。1989年1月,她在回复史坦伯格的一封信上,除了恭贺史坦伯格1988年的得奖,也对于史坦伯格在信中,以及在《科学》杂志文章中对她成就的赞扬,表示深受感动和极为感谢。吴健雄在信中说:"像你这样一位近代物理的伟大批评者,所给予我的称赞,是比任何我所期望或重视的科学奖更有价值的。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工作,但是,当我的工作因为某种原因而被人忽视,依然是深深地伤害了我。"

6.物理实验的巨匠

由于吴健雄做出如此震动科学界的实验212作,终于在1958年得到哥伦比亚大学正教授的教席,这无疑是一个迟来的正义。另外在前一年,也就是1957年她和杨振宁、李政道共同被选为中研院的院士,1958年又获选为美国国家科学院的院士,同一年吴健雄也成为普林斯顿大学创校百年来第一位获颁荣誉博士学位的女性。

由于吴健雄的宇称不守恒和许多8衰变实验的进一步结果,使得p衰变这一种弱相互作用到底是怎样一种性质变得重要起来。1958年1月《物理评论》刊出了费曼和葛尔曼撰写的《费米相互作用理论》,文中提出了"向量流守恒"的观念。这一概念,事实上和描述电子性质的量子电动力学类似,认为衰变的作用流,也是和核粒子(中子、质子)和兀荷电流的总和相同,因此核粒子的衰变的作用流便应该是相同的。那段时间吴健雄特别忙,除了实验室中同时进行不同的实验外,还不时有许多外来的邀请和会议,并没有立即去检验那个理论。但吴健雄并没有忽视"向量流守恒"的理论在弱相互作用中的重要地位,因此在经过近一年的准备工作和几个月密集的实验数据搜集,她和一位台湾去的哥大留学生莫伟,以及另一位韩籍学生李荣根,终于在1962年的12月,成功证实了这个守恒定律是对的。

吴健雄领导的这个实验,是在哥大的范得格拉芙加速器中,利用质子、重氢和氦的粒子束来进行,离开加速器五十英尺的大形磁谱仪,用来测量的衰变谱。实验进展期间,吴健雄、莫伟、李荣根以轮班的方式,连续不停地收取实验数据。吴健雄总是早上八点来,通常都要做到夜里一、两点才回去。为方便出入学校大门,她和她的学生只好从普平实验室的窗户剧-面大街去。吴健雄对这个实验的成就感到非常欣慰,因为这个结果使得普遍适用的费米相互作用有了一个更坚实的基础。对在衰变中向量流不能重整化有了一个合理的了解,这个实验同

 

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