科技史系列讲座(33): 复旦大学施郁教授报告会

发布日期:2022-06-13     浏览次数:

2022年6月10日上午,山西大学120周年校庆“科技史系列讲座”第33期开讲,复旦大学物理学系施郁教授作了题为《吴健雄的科学贡献与科学精神》的学术报告。施郁教授现任复旦大学物理学系教授,本次报告通过“腾讯会议”线上平台举行,由我所乔笑斐副教授主持。


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本次报告以吴健雄先生工作经历的梳理为切入点,围绕吴健雄先生在正负电子湮灭与量子纠缠、宇称不守恒等几个领域的重点研究工作展开:


一、吴健雄研究工作概览:


吴健雄先生1934年本科毕业于中央大学,导师为我国核物理元老施士元,毕业论文题为《晶体中X射线布拉格衍射方程的验证》。1934-1935年于浙江大学担任助教工作。1935-1936年于中研院(中科院前身)物理所跟随导师顾静薇——中国第一个物理学女博士——研究气体光谱。后由于顾静薇的推荐和建议,赴密西根大学留学。留学期间偶然参观伯克利大学,并对该校物理学前沿研究印象深刻,于是决定留在伯克利继续研究。


博士(1936-1940年)期间,1938年吴健雄先生在E. O. Lawrence的指导下进行了放射线铅β衰变出的电子激发X射线的研究;博士后(1940-1942年)期间,1939-1942年吴健雄先生在E. segre指导下,用回旋加速器产生的中子研究铀裂变产物,特别关于铀原子核分裂后产生的氙气对中子吸收横截面的研究成果,对于后来曼哈顿计划的顺利开展有相当大的贡献。吴健雄先生在1940-1942年研究了放射性汞的工作;1942-1943年于美国东部麻省理工大学Smith学院教书;1943-1944年于普林斯顿大学教书;1944年加入哥伦比亚大学,回归科研界,与Dunning, Rainwater, Havens合作从事曼哈顿计划中的工作,进行分离同位素研究,为曼哈顿计划做出重要贡献(战时工作论文,战后解密发表)。


1946-1956年,吴健雄先生进行了β衰变研究,并于战后开始系统研究,1949-1956年发表约53篇β衰变论文,并验证了费米β衰变理论,成为β衰变的顶尖专家。杨振宁称此工作使吴健雄成为β衰变实验领域的领头科学家。1950-1957年吴健雄先生进行了正负电子偶素与湮灭的研究并发表了6篇文章。在1956年李政道-杨振宁提出弱相互作用中,吴健雄先生与几位科学家合作,完成了Co60衰变实验,并于1963年验证了矢量流守恒理论,促进了电弱统一理论的建立,吴健雄自己将其总结为“弱相互作用的矢量流守恒得到了实验验证,成为当代强与弱作用的规范理论的指导原理,是矢量规范理论的必要后果”。


二、吴健雄先生在正负电子湮灭与量子纠缠中的工作:


吴健雄与Shaknov的γ探测器敏感度是前人的10倍,成功验证了理论预言。1957年,Bohm-Aharonov重新分析了吴健雄1950年的实验并指出Wu-Shaknov实现了光子偏振关联,证明了非纠缠态不能给出W-S的实验结果。第一次实验上实现了明确的、空间分离的量子纠缠态。


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三、吴健雄先生在宇称不守恒中的工作:


1956年上半年,杨振宁和李政道将θ-τ难题扩展为弱相互作用普遍问题,研究“宇称在强与电磁相互作用中守恒,但在弱相互作用中也许不守恒”的可能,将弱相互作用主宰的衰变过程独立出来,将宇称不守恒的可能性考虑进去,并计算了各种实验结果。在此期间,李政道向作为β衰变专家的吴健雄了解β衰变,吴健雄先生将M.Siegbahn编的文集借给李政道。杨振宁和李政道通过计算发现如果宇称不守恒,不涉及赝标量的结果不变,极化原子核的β衰变可用来测螺旋度,以测试宇称是否守恒,吴健雄建议用低温方法极化的60Co原子核测量螺旋度这个赝标量的结果。


随后吴健雄先生决定自己做这个实验,并做了很多准备工作:1956年6月初致电E. Ambler(标准局)邀请合作;6-7月测试β探测器;7月再次致电Ambler;8月研究磁场对β计数的效应、β粒子被硝酸铈镁晶体的散射;9月第一次与Ambler会面,Hudson、Hayward、Hoppes加入实验小组;12月中旬,实验首次看到非对称信号,效应很大,可重复,但只是初步结果;圣诞夜得出非对称参数几乎-1,说明李-杨的中微子二分理论正确,同时也对李-Oehme-杨的工作起到了推进作用。


吴健雄小组60Co的β衰变实验结果证明弱相互作用中宇称确实不守恒,引起整个物理学界的巨大震荡,被称为20世纪物理学最重要的实验之一,Cronin评论:“吴健雄的伟大发现开启了粒子物理的黄金时代”。


四、吴健雄先生人物特点及科学精神分析与总结:


施郁教授指出,吴健雄先生的贡献和成就与其聪慧、沉静、勤奋、努力、专注、不畏困难、献身科学的性格特点,实验精准的研究特点以及多年的积累和领域专长密不可分。吴健雄先生既重视实验技术与仪器,又重视其物理意义,使实验工作具有了重大的理论意义,而非局限于实验技术。施郁教授认为吴健雄先生最可贵的就是将科学置于竞争和荣誉之上,即使优先权和功劳面临危险,也仍坚持实验的严谨性和完整性,直到完全确认实验结果。


最后,施郁教授引用了杨振宁和李政道对吴健雄先生的评论作为此次讲座的总结。杨振宁:“我曾说过科学研究要成功,有三个必要的条件:眼光、坚持、动力。吴健雄是三者具备。她的关于宇称不守恒的实验进行起来困难非常之多。而最重要的是她的眼光。”李政道:“她是20世纪最杰出的物理学家之一”、“比起她纯学识上的成功而言,她在道德上、人格上的崇高品质对将来、对历史的作用更为重要……她的力量、她的愿望的单纯……她的科学客观的认识,她的坚韧不拔,这些优秀的品格每一样都难能可贵,而集中在一个人身上更是非常非常难得的……一旦她认定了一条路是正确的,她就坚决地走下去,绝不改变。”吴健雄先生的科学人生处于20世纪中国和世界的历史背景中,也反映了时代对中国物理学家的影响。


在互动环节,施郁教授对参会师生的问题做了详尽的解答,并与杨小明教授、彭鹏副教授、乔笑斐副教授、刘欣老师进行了探讨和交流,进一步深化了参会师生对当前物理学前沿问题的理解和思考。


通讯撰稿 | 赵翊圻

网页编辑 | 王   坚