她,与她的三次重大发现

作者: 乌鸦少年

来源: 原理

发布日期: 2018-07-30

吴秀兰是一位在粒子物理学领域做出重大贡献的科学家,她参与了粲夸克、胶子和希格斯粒子的发现。她的求学和科研之路充满挑战,但她通过不懈努力和坚定信念,最终实现了自己的科学目标。

在最初决定从事科学研究时,吴秀兰(Sau-Lan Wu)就为自己定下一个目标:一生中至少要为三个重大的物理学发现做出贡献。而她,确实做到了。吴秀兰参与发现了粲夸克,胶子与希格斯粒子。第一次:粲夸克的发现。1974年11月11日,Burton Richter带领的斯坦福直线加速器中心(SLAC)团队,与丁肇中带领的布鲁克海文国家实验室(BNL)同时宣布发现了J/ψ介子。

由于J/ψ介子是由一对粲夸克与反粲夸克组成,因此这也意味着粲夸克的发现在粒子物理学领域产生了巨大影响,被称为“十一月革命”。而就在当时的布鲁克海文国家实验室,从哈佛大学获得博士学位的吴秀兰,正跟随导师丁肇中做博士后研究,并参与了粲夸克的发现。这是她参与的第一个重要物理学发现。第二次:胶子的发现。1977年,吴秀兰刚刚成为威斯康辛大学麦迪逊分校的助理教授,试图参加正负电子对碰撞的实验项目。

然而,在SLAC工作的同事拒绝了她。于是,她跑去德国的DESY,满心欢喜地准备加入朋友所在的JADE实验组,却再次被教授拒之门外。吴秀兰倍感失落,又去询问TASSO实验组的负责人Bjørn Wiik,这一次,她即刻被接受。后来,JADE实验组的设备出现故障,1979年,TASSO实验组率先观测到了正负电子对碰撞产生的三束粒子流信号,确认了胶子的存在。

在发现胶子的过程中,吴秀兰不仅负责实验工作,也做了大量的理论计算,以确保观测胶子的实验信号准确无误,并能够迅速识别信号,因为那时候,粒子流作为观测信号的概念才提出不久,人们并不确定产生胶子的过程中会出现三束粒子流的信号。第三次:发现希格斯粒子。2012年6月25日下午3点,在欧洲核子研究中心(CERN)32号楼1楼的威斯康辛实验组走廊里传来了一阵骚动。吴秀兰的学生告诉她,他们发现希格斯粒子了。

吴秀兰以为是开玩笑,所以大家走进办公室时,脸上都挂着微笑。当看到电脑上的希格斯信号时,大家不经意的微笑突然变成了狂喜,很快,欢呼声响彻整个威斯康辛走廊。在公布发现后,吴秀兰和希格斯教授握了手,跟他说:“我已经找了你20多年了。”希格斯教授则回答说:“现在,你已经找到我了。”作为ATLAS实验其中一个小组的负责人,为了寻找希格斯粒子,从1980年至2012年,吴秀兰花了32年。

尽管取得了如此傲人的成就,吴秀兰的求学之路和学术生涯,实则饱含艰辛。吴秀兰出生于日本占据时期的香港,还在母亲的的怀抱中时,就不时进出防空洞。她的父亲是香港著名的企业家,母亲是他的第六妾。在她很小的时候,父亲就遗弃了他们,母亲带着她和弟弟生活在贫民窟里。童年的遭遇使她下定决心,要做一个独立自主的人。

吴秀兰的母亲在中国的乡村长大,不识字,也从来没有工作过,却非常支持子女的教育,她竭尽全力将吴秀兰和弟弟从贫民窟学校转到教会学校。直到十二岁时,吴秀兰才开始每周和父亲见面一次,每次两三个小时。当父亲发现她能心算三位数乘以三位数的乘法时,颇受触动。然而,当1959年吴秀兰高中毕业时,父亲不让她上大学。于是,吴秀兰暗暗地申请了50所美国大学,并申请全额奖学金以支持学业。

然而,只有四所学院给了回复,前三所都拒绝了她。当她以为自己被整个美国拒绝的时候,瓦萨学院(Vassar College)接收了她,并提供全额奖学金。

瓦萨学院给了吴秀兰极大的支持:她毋需担心个人经济状况,因而可以完全集中精力学习;她被带领去参观大都会博物馆;学院安排一个夏天为她补习英文;她与其他八个外国学生被邀请到白宫与51届校友杰奎琳·肯尼迪(Jacqueline Kennedy)见面并会见国会议员。更重要的是,瓦萨学院培养了她的自信、毅力和恒心。

她原本想成为一个艺术家,然而,在读了居里夫人(Marie Curie)的传记后,她决定将自己的一生献给科学。1963年,她以最优等生的身份从瓦萨学院毕业,被哈佛大学录取,并享受全额奖学金。同时录取她的还有加州大学伯克利分校、哥伦比亚大学与耶鲁大学。普林斯顿大学写信回复她说,对于女性,他们只接受本校教授的太太们。加州理工学院则回复说,他们没有女生宿舍,因而不会接受女性,除非她们“异常优秀”。

即使在哈佛,吴秀兰的学业仍然充满阻碍。男生会在男生宿舍一起做功课,女生则不被准许进入,而吴秀兰是物理系当年唯一的女性。在第一年年底,吴秀兰被授予硕士学位——这是女性被允许从哈佛拿到研究生学位的第一年,然而,当她和同学一起参加给毕业生的免费午餐时,一名保安要求她离开哈佛庭院,并说,一百年来没有女人被允许参加这个毕业典礼的午餐。

吴秀兰说,在哈佛时,Joan Baez的《We Shall Overcome》是她最喜欢的一首歌。1962年和1963年,吴秀兰在布鲁克海文国家实验室工作,在那里,她遇到了自己未来的丈夫,哈佛大学的理论物理学家吴大峻(Tai Tsun Wu)。

在70年代末,当她还是威斯康辛大学的助理教授时,丈夫与她探讨了是否生小孩的问题,考虑到如果这么做,那么她可能就不会获得终身教职,并且可能失去所有的科研经费,最终,他们不得不放弃生小孩。如今,吴秀兰仍然辗转于日内瓦的CERN与麦迪逊两地之间,她说她之所以如此努力工作,是因为自己全身心热爱科学事业,并坦言丈夫比自己还要勤奋,她也鼓励丈夫勤奋工作。

她曾经做出决定,要将自己的一生奉献给科学,并为人类做出贡献。在几十年的人生中,她经历了生活和科学发现的喜悦。她说:“探寻可能是漫长的,也可能是艰难的。很多时候,它是既漫长又艰难的。当遇到障碍时,你跌倒,然后重新站起来......你要相信自己,要忠于自己的决心。”

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