在20世纪中期,核物理领域内一系列重大发现井喷式出现,全世界的科学家们拼了命地挤进已经没有座位的演讲厅中,甚至爬上柱子只为了看清黑板上的方程式。在这样的场合中心,却站着一个穿旗袍的中国女子。她是,吴健雄。
有人说《奥本海默》中没有出现吴健雄,是因为她和奥本海默不熟。实则不然。奥本海默亲切得喊她“JieJie”,认为她是beta衰变研究的权威,她则喊奥本海默Oppie。
1944年,吴健雄参与了曼哈顿计划:研发铀浓缩方法增加燃料供应。当时刚刚开始运行的位于汉福德区的生产钚-239的B反应堆经常停堆终止反应,吴健雄根据大量实验数据确认是核裂变产物之一的氙-135在反应器内大量吸收中子,使连锁反应缺乏足够中子而停止。
我们想说的,是以她名字命名的“吴氏实验”,该实验证明了杨振宁和李政道提出的理论:弱相互作用中宇称不守恒,杨振宁和李政道也因此在1957年获得了诺贝尔物理学奖。当你逐渐了解这个实验,你会感受到你仿佛在和当年的吴健雄对话,你能清晰得感知到她的坚韧、智慧和勇气。即便在那个大神云集的年代,她也,熠熠生辉。
为了能够理解吴健雄的实验,我们首先需要解决的问题是:什么是宇称?在理解物理学中的宇称之前,我们必须首先理解物理学中对称和守恒定律的概念。数学中的对称,我们都很熟悉。如果把正方形沿对称轴转90度,它和原图重合,在物理学中,对称的含义其实差不多。
对称性,对于物理研究而言,到底有多重要呢?试想一下,如果我们把咖啡杯分别放在桌子的两个位置上观察,却总结出两个扩散定律....那物理学可就真不存在了。那么,宇称守恒到底是指什么呢?其实真的不难,只是“宇称”这个词容易让我们发懵。说白了,宇称守恒,就是镜子里的世界,和真实的世界遵循着同样的物理定律。
在20世纪四五十年代,存在着一个“τ-θ puzzle”:τ和θ粒子有着完全一样的电荷、自旋和质量,无论怎么看都像是同一种粒子;但θ却衰变成两个π介子,τ衰变成三个π介子,如果衰变前后宇称守恒的话,那么θ的宇称应该是+1,τ的宇称应该是-1,那τ和θ就只能是两种粒子。但如果宇称不守恒,τ和θ就可以是同一种粒子。
吴健雄选择了具有放射性的钴-60样品进行该实验,这是一种会发生β衰变的同位素,而β衰变涉及的正是弱相互作用,这也正是吴健雄所擅长研究的领域。如果弱相互作用是宇称守恒的,那么,钴-60原子核衰变就应该在“真实”世界和“镜像”世界中产生相同的结果。但事实却令人震惊:电子更倾向于朝着与原子核自旋方向相反的方向发射。
吴健雄的孙女回忆说,吴健雄在晚年的时候,很喜欢坐在套着褪色黄灯绒芯的扶手椅上,望向窗外的校园,赞叹那些在打篮球的女生们。她说:看她们,多么强壮,多么快啊。看她们,做事多么努力。那句未出口的话,大概是:看她们,多像年轻时候的我啊。