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宇稱不守恒是如何發現的?

2024-08-22科學
導讀
這三位中國物理學家顯示未來中國對物理學的貢獻可以多大。
—塞格雷(1959年諾貝爾物理學獎獲得者)
θ-τ之謎與奇異粒子
1956年,粒子物理前沿的一個謎團是θ-τ之謎。θ和τ是兩種奇異粒子 (某一類粒子,具有一種叫做「奇異數」的性質,在強交互作用和電磁交互作用支配的過程中,奇異數之和保持不變),品質和壽命都一樣,但是衰變不一樣,分別衰變成2個和3個π子。每個粒子的宇稱用1或-1代表,衰變產物的總宇稱是各個粒子的宇稱相乘。 每個π子的宇稱是-1,因此如果假設衰變過程中宇稱守恒,可以推論,θ和τ的宇稱分別是1和-1,不一樣。所以有兩個可能。一個可能是,兩種粒子是同種粒子,但是宇稱不守恒;另一個可能是,宇稱守恒,這兩種粒子不同,那麽就很難理解它們品質和壽命完全一樣。
1956年4月3日至6日,第6屆羅切斯特會議(這個系列會議後來稱作國際高能物理大會)上,楊振寧做了關於奇異粒子的綜述報告。隨後費曼幫布洛克(M. Block)問了上面所說的第一種可能。楊振寧說,他和李政道研究過這個問題,但是沒有明確的結論[1]。李政道在1986年的回憶中,也確認這一點,並說當時他們考慮到,如果假定宇稱不守恒只是發生在θ-τ的弱衰變,那麽可測量的效應正是已經觀察到的現象[2]。
θ的產生途徑之一是由π與質子碰撞。 π與質子碰撞可以產生奇異粒子Λ和θ,Λ又衰變為π與質子。當時關於Λ的產生平面和衰變平面之間的夾角也有很多討論。
哥倫比亞大學的史坦伯格(J. Steinberger)研究組在布魯克海文實驗室做實驗,研究了這個過程,但是「沒有觀測到產生和衰變的角關聯有明顯各向異性」,文中有個註釋「我們這裏希望感謝李政道就這些問題的非常有幫助的討論以及卡普拉斯的通訊(We wish here to acknowledge some very helpful discussions with T. D. Lee on these questions, and a communication from R. Karplus)」[3]。此文1956年6月15日收稿,9月15日發表,沒有被李政道-楊振寧的諾獎論文(一周後,即6月22日收稿,10月1日發表,1957年10月獲諾貝爾獎)參照[4]。
理論突破
當時楊振寧在普林斯頓高等研究院,4月17號開始,在布魯克海文實驗室長期存取,李政道在哥倫比亞大學。他們的想法如下[1,2]:將兩種過程的宇稱情況區分開來,一種是由強交互作用主宰的粒子產生過程,其中宇稱確實是守恒的,另一種是由弱交互作用主宰的粒子衰變過程,其中宇稱是否守恒需要核實; 將θ-τ之謎擴充套件為一個弱交互作用普遍性問題,就是說是整個弱交互作用的問題,所以他們考察「宇稱在強與電磁交互作用中守恒,但在弱交互作用中也許不守恒」的可能,這樣也就可以透過研究其他的弱交互作用過程獲得知識;如果弱交互作用是違反宇稱守恒的,那麽θ和τ就可以是同一種粒子,只是衰變成宇稱不同的末態,那麽θ-τ之謎就迎刃而解。
他們將問題理出了頭緒,並轉而研究其他由弱交互作用主宰的系統,因為這是弱交互作用的普適問題。弱交互作用中研究得最多的過程就是β衰變,所以他們研究β衰變中宇稱是否守恒。這是一個重大戰略轉移,對最後的勝利起到關鍵作用。
首先,他們去檢查以前關於β衰變的實驗,有沒有確定宇稱是否守恒。他們做了具體的理論計算:在弱交互作用中,在宇稱守恒的項上,加上宇稱不守恒的項,然後計算以前的實驗觀測量,特別是衰變發出的電子的分布。
吳健雄也在哥倫比亞大學。李政道去和她討論,吳健雄借給李政道西格班(K. Siegbahn)編的β衰變文集[2]。
楊振寧1950年和蒂歐姆諾(Jayme Tiomno)合作研究過β衰變,經驗和結果都派上用場。在李政道-楊振寧諾獎論文中,談到宇稱守恒和不守恒的區分時,參照了楊振寧-蒂歐姆諾論文[5]。
楊振寧和李政道的計算表明,不論宇稱是否守恒,都不影響以前的實驗結果,因此這些實驗結果不能作為宇稱是否守恒的證據。楊振寧1983年回憶,他在布魯克海文做了個學術報告,塞諾夫(W.Selove)問,為什麽以前的實驗不能證明β衰變中宇稱是否守恒,一兩天後,楊振寧和李政道一起研究這個問題,領悟到,以前實驗上測量的物理量都是純量,在空間反演下總是保持不變,而不涉及贗純量,所以以前的實驗沒有真正檢驗宇稱是否守恒;如果實驗上測量的物理量是贗純量,空間反演下是否不變就取決於宇稱是否守恒了,這就是實驗需要檢驗的[1]。
李政道1986年回憶:「當我們停止計算,開始思考,在很短的時間裏就清楚,沒有證據的原因是一個簡單的事實,即沒人試圖從一個本來似乎左右對稱的裝置中觀測一個物理的贗純量!」[2]
他們註意到,有一個贗純量是螺旋度,或者說自旋-動量關聯。是某個動量在某個自旋方向的分量的平均值。 如果宇稱守恒,螺旋度為0;如果宇稱不守恒,螺旋度不為0。他們想到,一個簡單的驗證方法是,對於一個自旋給定的原子核(叫做極化原子核),測量它β衰變向上發出的電子與向下發出的電子是不是一樣多。如下圖所示,向右上和向左下這兩個過程互為宇稱變換(P),如果宇稱守恒,兩個過程的機率相等,也就是說,在很多這樣的原子核發出很多電子時,這兩個方向發出的電子數相等。實驗上,可以測量非對稱性,定義為兩種電子數之差除以兩種電子數之和。
極化原子核的β衰變,左右兩個情況中,電子向相反方向發出,兩者互為宇稱(P)變換。
在布魯克海文實驗室,哥德哈伯(Maurice Goldhaber)向楊振寧建議用極化鈷60原子核的β衰變來做這個實驗,因為前幾年牛津大學的一個低溫物理研究組用低溫技術實作了極化[1]。
在哥倫比亞大學,李政道再次找吳健雄討論,問她有沒有人測量過螺旋度這樣的贗純量。吳健雄說沒有,建議用極化鈷60原子核,因為她對這項技術已經關註了幾年,而鈷60的自旋性質不會導致衰變時降低可能的非對稱性[6]。1980年代,李政道回憶了第一次與吳健雄討論時,吳健雄借書給他;第二次,與吳健雄討論自旋-動量關聯的測量[2],所以吳健雄1973年關於贗純量討論的回憶是指第二次,她沒有提第一次借書之事[6]。
所以極化鈷60成了楊振寧和李政道的論文裏面討論的一個可能的實驗系統。他們還討論了介子和超子作為可能的實驗系統[4]。首先,宇稱不守恒會給Λ超子帶來電偶極矩。 第二,考慮π子撞擊質子,產生Λ超子,然後Λ超子衰變成π子和質子,用入射π子、Λ超子和產物π子這三個粒子的動量構成三重積,這是一個贗純量,測量這個贗純量的取值分布是不是對稱的,就可以檢驗宇稱是否守恒。楊振寧受某個討論啟發[1],又加入了第三個實驗,考慮π衰變為μ,再衰變為電子,如果宇稱不守恒,μ的自旋多半沿著運動方向,從而類似極化原子核,電子的分布也就不對稱, 還提到類似過程衰變為,再衰變為質子。
順便插一句,在密切的科研合作中,常常合作者不分彼此,一人說出的論斷可能建立在合作者的想法和意見之上,一人的反對也可能像自己的慎重考慮,甚至為了周全而故意提出反對意見,被稱作「魔鬼代言人(devil's advocate)"。
吳實驗的準備
吳健雄建議用極化鈷60後,立即想到,這個實驗對於一個β衰變實驗家來說,是一個黃金機會,不應該放棄,即使實驗做出來後,宇稱是守恒的,也是有意義的,因為給出了一個宇稱破壞的上限。她還覺得,自己必須在物理學界其他人意識到重要性之前,立即做這個實驗。為此她放棄了原定的參加日內瓦的國際會議,然後回遠東的旅行計劃,而讓她的丈夫袁家騮獨自去,即使這本來將是她離開中國20年後第一次回去[6]。
然後她就開始準備實驗。她註意到新版的核數據改變了鈷60的自旋,如果確實,這意味著鈷60並不像她原來考慮的那樣適合用來檢驗宇稱是否守恒。她與助手透過實驗,確定了新版的自旋是不對的,原來的是對的。這也反映了吳健雄的科學精神,不人雲亦雲。
吳健雄還向本系的低溫組,特別是研究生布魯斯比爾瓦蒂(Bruce Biavati)了解低溫技術,布魯斯是她的研究生瑪麗恩比爾瓦蒂(Marion Biavati)的丈夫 [6]。
極化的方法是將鈷60原子嵌於順磁晶體中,具體來說是硝酸鈰鎂(cerium magnesium nitrate,簡寫CMN)晶體。 低溫下,較弱的磁場就使得順磁晶體中的未配對電子沿某個方向排列,從而透過超精細交互作用,使得原子核的自旋確定在這個方向。這就是所謂的Rose-Gorter方法。透過絕熱退磁實作低溫,因為絕熱情況下,溫度正比與磁場。極化的程度透過β衰變產生的γ射線的各向異性來探測。吳健雄發現,這個實驗面對兩個挑戰,一個是要將電子探測器放在液氦溫區的低溫恒溫器中工作,另一個是要將鈷60放在薄的CMN晶體表面層,極化要維持足夠長的時間[6]。 也就是說,低溫技術必須與β衰變研究有效地結合。
吳健雄曾邀請伽溫(Richard Garwin)合作進行這個實驗,因為他正在做退磁制冷機。但是伽溫沒有接受,因為忙於超導電腦計畫(2022年我和伽溫交流過他在宇稱不守恒發現過程中的工作)[7]。伽溫是費米很賞識的實驗學生、楊振寧和李政道的同學,1949年畢業後留校任教,博士生階段發明的「伽溫符合電路」被業界廣泛使用(也將在他後來參與的宇稱不守恒實驗中發揮作用),1952年應特勒要求,設計了第一顆氫彈,1952年底加入IBM Watson研究所,轉向低溫物理等領域,同時是哥倫比亞大學兼職教授。
1956年6月4日,吳健雄打電話給華盛頓的國家標準局的安伯勒(Ernest Ambler),邀請他合作,安伯勒熱心地接受[6]。在此幾年前,牛津大學的科柯蒂(Nicholas Kurti)領導的低溫物理小組實作鈷60的低溫極化時,而論文第一作者正是安伯勒,他是柯蒂的研究生[8]。
6至7月,吳健雄和研究生瑪麗恩做了一些準備工作,包括測試β探測器,考慮很多技術問題,如哪種閃爍計數器適合、光導頭的形狀、如何將有機玻璃光管道引出低溫恒溫器,能否將計數器留在低溫恒溫器裏,磁場如何影響計數,等等[6]。這期間,李政道-楊振寧論文6月22日收稿。
7月24日,吳健雄致信安伯勒,告知液氦溫區下的β粒子探測實驗的進展。31日安伯勒寄來低溫恒溫器的粗略圖,然後去度假了兩周。8月,吳健雄又研究磁場對β計數的效應、β粒子被CMN晶體的散射[6]。安伯勒也做了一些準備工作,並於8月28日存取了吳健雄[9]。
9月中旬,吳健雄去華盛頓的國家標準局,與安伯勒會面。胡德森(R. P. Hudson)、海伍德(R. W. Hayward)、霍普斯(D. D. Hoppes)後來也加入合作。胡德森是安伯勒的上司,也是柯蒂的學生。吳健雄第三次去標準局時,帶去兩個嵌有鈷60原子核的CMN晶體,一個是薄的,其中鈷60原子核均勻分布;另一個是厚的,鈷60原子核只嵌於表面[6]。前者發出的光子的各向異性分布將給出鈷60原子核極化的資訊,後者發出的電子的分布就給出宇稱的資訊。
吳實驗的進行
10月1日,吳健雄和研究生在哥倫比亞大學準備的恒溫器和光導管被帶到華盛頓的標準局,實驗開始[9]。10月份進行了多次退磁實驗。整個合作組都付出很大努力。吳健雄和研究生比爾瓦蒂夫婦經常來到標準局參加實驗工作。
12月上旬,實作了厚的CMN晶體中的鈷60的極化,但是卻不能實作薄的CMN晶體中的鈷60的極化。為解決這個問題,他們決定將薄的CMN晶體放入大的CMN單晶做的「房子」中。在哥倫比亞大學,借助化學助理弗萊什曼(Herman Fleishman)找到的資訊,瑪麗恩比爾瓦蒂和吳健雄生長了所需要的晶體[6]。12月13日,在標準局。用這些晶體做成了「房子」, 吳健雄親自分析測量數據[9]。
吳健雄1973年回憶[6],1956年12月中旬合作組首次看到很大的非對稱訊號,就是說,向上和向下發出來的電子數目大不一樣。但是吳健雄認為,在對外宣布前,需要做系統的核實,排除其他因素。某個周四,在哥倫比亞物理樓經過李政道辦公室時,遇到李政道和楊振寧,被問起實驗情況,告訴他們效應很大,而且可重復,但是交代,這只是初步結果。楊振寧問,有沒有人計算伽莫夫-特勒作用項和費米作用項的幹涉。吳健雄說她組裏的莫裏塔(M. Morita)算過,她很高興鈷60β衰變純粹是伽莫夫-特勒型,否則觀測到的非對稱性會大減。一周後,合作組開始排除其他可能因素。
根據實驗組的記錄本[9],12月22日,吳健雄在場時,合作組觀察到一些β衰變各向異性的跡象,但是還不能重復。
吳健雄1973年回憶,她1956年聖誕節前夜在紐約火車站給李政道打電話,告知實驗結果[6],李政道也說「我記得清楚極了,那是聖誕節前夜。」 [22]那麽可以根據實驗組記錄本判斷,電話告知的應該是22日觀察到的各向異性跡象(吳回憶有偏差)。
12月27日,合作組終於觀察到明確的β衰變不對稱,即宇稱不守恒的跡象。當時吳健雄並不在場。胡德森回憶,28日安伯勒電話告知吳健雄,吳健雄又將訊息告訴李政道和楊振寧[9]。
伽溫1973年回憶:「哥倫比亞大學物理系的很多的物理和直接交流發生於星期五的一個中餐館的午餐桌。1956年12月底,在這樣的一次午餐中,我們得知了吳教授的鈷60實驗中的宇稱不守恒的正結果。」[10]
12月底的周五正好就是12月28日,所以如果胡德森和伽溫的回憶都無誤,可以推測,吳健雄12月28日從安伯勒電話中得到訊息,可能同事們從當天的午餐會上就知道了宇稱不守恒跡象的訊息。伽溫1996的一個電子信件中說,12月28日吳健雄本人簡要匯報了實驗結果[9]。不過2022年我問伽溫,是不是12月28日的午餐會上就有吳健雄實驗正結果的訊息,他說:「我不知道。」所以,「12月底」之說也不無可能是粗心寫下,實指1月4日。
楊振寧1983年回憶:「1956年秋,吳健雄領導的哥倫比亞-標準局實驗令人滿意地取得進展。她往返於紐約和華盛頓,保持讓我們了解實驗進展。聖誕節前後,她終於說,他們正在得到表明β衰變中宇稱不守恒的非對稱性,但是她警告說結果還很初步,因此我們不應該傳播訊息。我們沒有,但是小道訊息還是傳播起來,我們接到好多電話詢問或提供資訊。更多的檢查證實了初步的結果,吳和她的合作組揭開了保密的面紗,沖擊波傳遍了物理學界。那是1957年新年前後」[1]
1957年1月2日至12日,吳健雄在標準局[9]。1月4日,根據實驗結果,吳健雄計算出非對稱參數幾乎達到-1,也就是說,絕大部份電子都向與鈷60極化方向相反的方向運動。
吳健雄一定當天將結果立即告知了李政道和楊振寧,因為萊德曼(Leon Lederman)回憶,1月4日李政道在周五同事午餐會上介紹,吳實驗的效應很大[11]。
1983年楊振寧說:「1月5日,我給在維京(Virgin)島度假的歐本海默發了個電報:‘吳實驗給出了大的非對稱性,說明G和G’相等。因此微中子是二分量波函式。’」[1]
最近我得到這份電報的照片(下圖) 。電報正文中還有一句:「這是一個純粹的螺絲(This a pure screw)。致意(Greeting)。」「純粹的螺絲」意思是微中子全是左旋的,螺旋度總是等於動量值;反微中子完是右旋的,螺旋度總是等於負動量值。這就是微中子的二分量理論。
楊振寧1957年1月5日發給歐本海默的電報
吳實驗的結果說明微中子二分量理論的正確。楊振寧和李政道在夏天已經做了宇稱不守恒前提下的微中子二分量理論,但是沒有投稿,因為實驗上還不知道宇稱是否守恒。現在他們將此文章投出,1月10日收稿[12]。另一方面,根據李政道、歐米(Reinhard Oehme)和楊振寧三人剛完成的關於3種分立對稱性(宇稱、時間反演、電荷共軛,即正反粒子)的分析,吳實驗發現的那麽大的宇稱非對稱性也說明電荷共軛對稱也是違反的。他們三人的理論文章 1月7日收稿[13]。因此,吳實驗不僅發現了宇稱確實不守恒,還推動了楊振寧和李政道的理論工作。
後續
前面提到,楊振寧和李政道的文章裏,還建議了用π衰變為μ,再衰變為電子這樣的級聯衰變過程(π-μ-e),宇稱不守恒就導致電子的分布也不對稱。 他們敦促萊德曼做這個實驗,因為他在哥倫比亞大學的Nevis實驗室經常與這個過程打交道。萊德曼不大願意做,因為忙於其他實驗,也因為擔心宇稱破壞效應很小,在級聯衰變中效應也就更小[2]。楊振寧在布魯克海文實驗室遇到萊德曼時,萊德曼還曾開玩笑說,如果有一個聰明的研究生奴隸,他就回去做[1]。
萊德曼1994年回憶:「李宣布吳正在得到的大的對稱破壞的結果,而之前人們認為宇稱破壞的是小的。因此,那天晚上在開車去Nevis實驗室時,我思考了大的效應對π-μ-e級聯過程的後果。到實驗室後,我檢查了溫瑞奇(Marcel Weinrich)的繆子壽命實驗後,我意識到,我們可以簡單地將這個實驗改為檢驗宇稱。」[11]
伽溫1973年的回憶中,在上面「12月底」之說後面,又寫道:「1月4日,我在Poughkeepsie,沒參加每周一次的午餐。我8點左右回到家時,接到萊德曼的電話。他想出一個方法,利用以下熟知的事實,即從飛行的π子向前發出的繆子的能量比向後發出的繆子的能量高,得到極化的繆子……如果宇稱真的不守恒,這些繆子已經極化了!我建議我們15分鐘後在回旋加速器碰面。」[10]
當晚,萊德曼與伽溫、溫瑞奇立即開始實驗。這一夜主要用於摸索實驗方法。早晨6點,因為到了周末,機器停下。周一白天又是機器維護,他們半夜才開始數據采集。淩晨3點,還沒看到宇稱破壞的跡象,萊德曼回家。但是3個小時後,宇稱不守恒以22個標準偏差呈現出來,證明了宇稱不守恒[10]。萊德曼立即打電話給李政道:」宇稱定律已死。」 這是8號淩晨6:00 [11]。
現在出現了一個危機,吳實驗推進了楊振寧和李政道的理論,引發了π-μ-e實驗,伽溫-萊德曼-溫瑞奇結果已出,但是吳實驗本身結論還沒有完成最後確認!這段時間是合作組最緊張的階段,但是合作組不松懈,直到排除其他因素,完全確認結果。10號淩晨慶祝宇稱破壞。後面2天又做了對照實驗。12號下午,合作組對論文最後定稿[9]。
13日上午[9],在哥倫比亞大學物理樓831房間[22],吳健雄、安伯勒、海伍德、胡德森、伽溫、萊德曼、李政道、楊振寧開了一次會,由哥倫比亞大學物理系元老拉比(I. Rabi)主持。
1月15日, 哥倫比亞大學在拉比的辦公室召集了新聞釋出會, 拉比主持,吳健雄、安伯勒、海伍德、胡德森、伽溫、萊德曼、李政道參加。次日紐約時報頭條報道。兩個組的論文1月15日投稿,2月15日背靠背同時發表,吳組的文章在前。
弱交互作用中宇稱不守恒是由吳健雄小組首先發現的。伽溫-萊德曼-溫瑞奇實驗是在知道吳健雄的結果以後才做的。他們的文章最後聲明:「我們感激吳健雄教授關於鈷60的初步結果的報告,這在本實驗前於哥倫比亞大學的討論中扮演了重要角色。」[14] 1997年,伽溫和萊德曼重申,他們的實驗是由吳在1月4日星期五的午餐報告激發,並從當天晚上到1月8日做出來的,同時也作證吳是鈷60實驗的發起者[15]。這裏說的吳的午餐報告應是李政道的,因為萊德曼的書上有詳細描述,而且吳健雄那幾天在華盛頓。
另外,芝加哥大學的泰萊格第(Valentine Telegdi)和弗瑞德曼(Jerome Friedman)從夏天開始獨立進行π-μ-e實驗,但是進行很慢。他們的探測基於乳膠法,而伽溫-萊德曼-溫瑞奇實驗的探測是基於伽溫符合計數器等電子學方法。泰萊格第和弗瑞德曼在知道有關吳健雄實驗和伽溫-萊德曼-溫瑞奇實驗的訊息後,匆忙投稿,但是置信度不夠,所以經改進後,遲了一期才發表[16,17]。
1957年,李政道、楊振寧、史坦伯格、芬博格(G. Feinberg)、卡比爾(P. Kabir)和合作者仔細分析了超子衰變的宇稱問題[18]。接著,史坦伯格組實驗確認,在超子衰變中宇稱確實不守恒[19]。理論文章參照了史坦伯格組1956年的文章,實驗文章反而沒有參照。
1957年到1958年,有一些β衰變電子的雙散射實驗也展現出宇稱不守恒。莫特(N. Mott)1928年指出,由於自旋-軌域耦合,電子相繼被兩個庫倫電場散射時,散射截面正比於由電子源和兩個散射點所決定的一個向量與自旋的純量積,這就是一個贗純量,因此它在兩個相反方向的不相等就代表了宇稱不守恒。
1958年,哥德哈伯、格羅津斯(L. Grodzins)、桑亞爾(A. Sunyar)用微中子的縱向極化研究宇稱不守恒的程度。格羅津斯想到,會不會有早期的β電子其實已經顯示宇稱不守恒。他查到[20],1928年至1930年考克斯(R. Cox)和他的學生蔡斯(C. Chase)關於β電子雙散射的一系列實驗確實已經顯示宇稱不守恒[21]。他們用放射性鐳發出的β電子。但是,這些工作太超越時代,超越當時的物理,以至於被忽略[21]。
小結
楊振寧和李政道經具體計算發現, 以前並沒有實驗證明在弱交互作用中宇稱是否守恒,並指出幾類弱交互作用關鍵性實驗,以測試弱交互作用中宇稱是否守恒,但是他們並沒有說宇稱一定守恒或者不守恒[22]。事實上他們當時也提出了宇稱守恒框架下的宇稱雙重態來解決θ-τ之謎。宇稱是否守恒需要實驗裁定。
長期以來,宇稱守恒有著直覺吸重力,被當作自然、神聖的,而且非常有用,特別是在核物理方面。因此李政道-楊振寧的論文受到普遍的輕視、異議乃至嘲弄[22]。吳健雄決定做鈷60的β衰變實驗,這需要極大的勇氣。如果李政道-楊振寧論文對宇稱是否守恒給出明確的理論預言,那麽反而會有很多人搶做實驗。
吳健雄最初決定去做這個實驗,以及伽溫-萊德曼-溫瑞奇實驗結果出來後吳健雄堅持繼續對吳實驗完成核實,都體現出吳健雄偉大的科學精神。合作者的貢獻必不可少、非常重要,他們中有這樣那樣的不快。但是最重要的事實是,吳健雄發起、組織和領導了這個實驗,是這個實驗的靈魂人物。因此,這個實驗被稱為「吳實驗」是恰當的。
楊振寧說:「吳健雄的工作以精準著稱於世,但是她的成功還有更重要的原因:一九五六年大家不肯做測試宇稱守恒的實驗,為什麽她肯去做此困難的工作呢?因為她獨具慧眼,認為宇稱守恒即使不被推翻,此一基本定律也應被測試。這是她的過人之處。」[23]
李政道說:「我對健雄講了一下高能物理中K介子的θ-τ之謎,同時也講了一下原因可能是宇稱不守恒。假如宇稱不守恒,β衰變中一定可以做出結果的。怎麽去檢驗?那天我們討論了很多方案,用是健雄提出來的。我離開以後,她認為這是一個‘黃金機會’,也是對她的一個挑戰。因為這類實驗從來沒有人做過, 雖然宇稱這個觀念在β衰變裏已經用得很多了,而且大家都以為宇稱守恒當然是對的,可是從來沒有被檢驗過。所以這個實驗是很難的,是一個挑戰……健雄是個事業心很強的女性,她的個性、決斷力也是很強的,而且極有毅力,為了科學事業她是很能舍卻自己的利益的。」[24]宇稱不守恒發現後,人們知道θ和τ是同一種粒子,叫做K介子。
吳實驗證明弱交互作用中宇稱確實不守恒,引起整個物理學界的巨大震蕩,成為20世紀物理學最重要的實驗之一。 克羅寧(James W. Cronin)因發現電荷共軛-宇稱聯合不守恒而獲得1980年諾獎,他曾經說:「吳健雄的偉大發現開啟了粒子物理的黃金時代。」當然,這個實驗發現的緣起是楊振寧和李政道的偉大的開創性的理論突破。
1958年普林斯頓大學授予李政道(前右一)、楊振寧(前右二)、吳健雄(前左二)名譽博士學位。
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來源:知識分子
編輯:藍多多
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