2021年2月11日,是第六个国际妇女和女孩科学日,美国邮政总局发行新的永久邮票,以纪念20世纪最具影响力的核物理学家之一吴健雄。
吴健雄是一名美籍华人,她通过一些实验来测试物理的基本定律。在这个男性占主导地位的领域,她获得了许多荣誉和奖项,包括美国国家科学勋章(1975年)、首届沃尔夫物理学奖(1978年)和世界各地大学的荣誉学位。
在科学界和华人世界,吴健雄是一个偶像,被称为“中国的居里夫人”。1912年,吴健雄出生在江苏省苏州太仓浏河镇。虽然在当时的中国,女孩上学并不常见,但她的父亲还是创办了一所女子学校,她在那里接受了初等教育。1930年,吴健雄进入南京国立中央大学学习数学。但19世纪晚期现代物理学的革命性成就,如原子结构和X射线的发现,吸引了吴健雄的关注。于是,她转学物理,1934年以全班第一名的成绩毕业。
1936年,在大学导师的鼓励和叔叔的经济支持下,吴健雄乘坐长达一个月的轮船去美国攻读博士学位。她在旧金山遇到了另一位物理学家、未来的丈夫袁家骝。袁家骝带她参观了加州大学伯克利分校的辐射实验室。该实验室的科学家们在当时刚刚发明了回旋加速器,这是在螺旋轨道上加速带电粒子的最先进仪器。在实验室进行原子核研究的吸引下,吴健雄放弃了去密歇根大学的计划,成功地进入了伯克利的物理学博士研究计划。
在她的博士生学习期间,吴健雄与核科学家欧内斯特·劳伦斯和埃米洛·塞格雷密切合作,前者获得了1939年的诺贝尔物理学奖,后者获得了1959年的诺贝尔物理学奖。她研究了带电粒子减速时产生的电磁辐射,以及铀原子核裂变产生的氙的放射性同位素。1940年6月,吴健雄以优异成绩获得博士学位。
在辐射实验室做了一段短暂的博士后研究后,吴健雄搬到了东海岸,她先后任教于史密斯学院和普林斯顿大学。1944年,吴健雄成为哥伦比亚大学的一名科学家,在那里她加入了美国制造原子弹的“曼哈顿计划”。这是美国的绝密项目,旨在将物理学的基础研究转化为一种新型武器,即原子弹。作为团队成员,她帮助开发了利用气体扩散将铀原子分离成带电铀235和铀238同位素的过程。这项工作最终产生了浓缩铀,这是核反应的关键。
第二次世界大战后,吴健雄留在了哥伦比亚大学,专注于β衰变的放射性过程的研究。她研究了β粒子在放射性衰变过程中从原子核中发射出的快速移动的电子或正电子。
在20世纪50年代中期,吴健雄做了一个著名的实验来检验宇称守恒定律。这是一个被广泛接受但未经证实的原理,这意味着物理过程和它的镜像是相同的。根据理论物理学家杨振宁和李政道的建议,她设计了一个实验,看看现实是否符合理论。通过观察钴-60原子的衰变,吴健雄测量了辐射强度随辐射方向的变化。为了提高实验测量的准确性,她想出了让钴-60原子都朝同一方向旋转的方法。她观察到更多的粒子朝与原子核自转方向相反的方向飞离。宇称守恒定律预言,原子会以对称的方式发射粒子。但吴健雄的观察意味着“定律”并不成立,她发现了宇称不守恒。这一突破性的成就奠定了吴健雄作为世界一流实验物理学家的地位,但不幸的是,诺贝尔委员会忽视了吴健雄的实验贡献。1988年诺贝尔物理学奖得主史坦伯格说:“没有吴健雄的实验结果,李政道、杨振宁二人的理论只能是一种构想,吴健雄的实验结果改变了这一切,吴健雄应该当之无愧地与他们共同分享诺贝尔奖。”
吴健雄还进行了一系列核物理和量子物理的重要实验。1949年,她通过实验验证了恩里科·费米的衰变理论,纠正了该理论与先前不准确的实验结果之间的差异,并发展了恩里科·费米的理论。她还证明了与一对纠缠光子相关的量子现象。
1958年,吴健雄成为第一位入选国家科学院的华裔美国人。1967年,她成为美国物理学会首位女会长。1981年退休后,吴健雄致力于美国和中国的公共教育项目,举办了无数讲座,并努力激励年轻一代追求科学、技术、工程和数学教育。她于1997年去世。
永久邮票是美国邮政总局于2007年发行的一类邮票。区别之处在于它们是无面额的,这意味着人们可以用头等邮资价格购买,而且即使将来费率上升,它们仍然有效。永久邮票一般都是用来纪念值得纪念的人物而设计的。随着吴健雄永久邮票的发行,意味着吴健雄的遗产一直延续到今天,乃至永久的将来。她是少数几个成为美国永久邮票人物的物理学家之一,其他的科学家还有阿尔伯特·爱因斯坦、理查德·费曼和玛丽亚·戈佩尔·梅尔。
(作者系中国科学院大学教授、国际科学素养促进中心研究员)