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圖源：Carly Wilkins，美國能源部

2021年2月2月，美國郵政局發(fā)行牛年生肖郵票，慶祝中國農(nóng)歷新年——牛年；美國東部時(shí)間2月11日，正值中國農(nóng)歷新年正月初一，發(fā)行華裔美籍物理學(xué)家吳健雄紀(jì)念郵票和首日封，表彰她對20世紀(jì)物理學(xué)的杰出貢獻(xiàn)。

2020年3月，美國《時(shí)代》評選過去百年年度女性，吳健雄被列為1945年的年度女性。

左：1960年代初的理論物理學(xué)家李政道（左）和楊振寧（右） 

右：1963年的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家吳健雄（1912.5.31-1997.2.17）

1957年10月，兩位年輕的理論物理學(xué)家李政道和楊振寧獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，時(shí)年分別為31歲和35歲，獲獎(jiǎng)理由是 “對所謂宇稱守恒原理的深刻探索，導(dǎo)致基本粒子領(lǐng)域的重大發(fā)現(xiàn)”。

在此之前的1957年1月，同為華人的物理學(xué)家吳健雄，其設(shè)計(jì)并領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)第一個(gè)推翻了宇稱守恒定律。

李政道、楊振寧的諾貝爾獎(jiǎng)?wù)撐模骸度跸嗷プ饔弥械挠罘Q守恒質(zhì)疑》 ，1956年6月22日投稿，1956年10月1日發(fā)表于美國《物理評論》期刊。

李政道和楊振寧的研究所導(dǎo)致的宇稱不守恒發(fā)現(xiàn)，是對粒子物理學(xué)和標(biāo)準(zhǔn)模型的重大貢獻(xiàn)。二人作為第一次獲得諾貝爾獎(jiǎng)的中國學(xué)者，對中國科學(xué)和全球華人有著深刻影響。

但是，令人遺憾的是，領(lǐng)導(dǎo)推翻宇稱守恒定律決定性實(shí)驗(yàn)的吳健雄，未能與李楊共享諾貝爾獎(jiǎng)，她的卓越貢獻(xiàn)被當(dāng)年的諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)忽略。

吳健雄等人的論文《在β衰變中檢驗(yàn)宇稱守恒》 1957年2月15日發(fā)表于《物理評論》

1957年宇稱不守恒的發(fā)現(xiàn)，是理論物理學(xué)家和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家共同努力的成就，李政道說，解決對稱破壞的這一問題的最后推動(dòng)力，幾乎完全來自實(shí)驗(yàn)方面。

那么，1957年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，為何缺失實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家吳健雄？

如果只是簡單地閱讀吳健雄與合作者在1957年2月15日發(fā)表的實(shí)驗(yàn)論文《在β 衰變中檢驗(yàn)宇稱守恒》，似乎可以得出這樣的結(jié)論：吳健雄是根據(jù)李-楊論文中建議的實(shí)驗(yàn)方法，領(lǐng)導(dǎo)實(shí)驗(yàn)組第一個(gè)做出推翻宇稱守恒的實(shí)驗(yàn)。因此，將諾貝爾獎(jiǎng)授予李楊二人，而不考慮吳健雄等人的實(shí)驗(yàn)貢獻(xiàn)，似乎是合理的。

甚至，連楊振寧也曾表示，吳健雄及其合作者是根據(jù)李-楊論文中的理論和建議開展實(shí)驗(yàn)的。1957年12月11日，楊振寧在瑞典科學(xué)院諾貝爾獎(jiǎng)演講中說：

一旦明白了這一點(diǎn)，就容易懂得，哪種實(shí)驗(yàn)才能明確檢驗(yàn)從未檢驗(yàn)過的在弱相互作用下宇稱守恒的假設(shè)。李政道博士和我在1956年夏提出了涉及β 衰變，，及奇異粒子衰變的一系列實(shí)驗(yàn)。所有這些實(shí)驗(yàn)的基本原理全都一樣：安排兩套實(shí)驗(yàn)裝置，它們互為鏡像并且包含弱相互作用，然后檢查這兩套實(shí)驗(yàn)裝置儀表上的讀數(shù)是否總是相同。如果讀數(shù)不同，就毫不含糊地證明左右對稱性不成立。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)首先由吳健雄、安伯勒（E. Ambler），海沃德（R. W. Hayward），霍普斯（D. D. Hopes）和赫德遜（R. P. Hudson）在1956年下半年著手進(jìn)行而于今年年初完成。

然而，美國很多物理學(xué)同行似乎對此有著完全不同的評價(jià)。

1957年11月初，普林斯頓高等研究院舉行晚宴慶祝李政道、楊振寧獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，院長羅伯特·奧本海默（1904-1967）在致詞中特別強(qiáng)調(diào)：宇稱不守恒的發(fā)現(xiàn)三個(gè)人功勞最大，不可忽略吳健雄的貢獻(xiàn)。奧本海默因領(lǐng)導(dǎo)美國原子彈研制計(jì)劃 “曼哈頓工程”，被稱為 “原子彈之父”，他是吳健雄、李政道和楊振寧的師長輩。目前所查資料顯示，奧本海默在1967年去世前，應(yīng)該沒有諾貝爾獎(jiǎng)提名資格，他從未提名過諾貝爾獎(jiǎng)候選人。

1958年，吳健雄同時(shí)獲得三項(xiàng)榮譽(yù)：當(dāng)選美國科學(xué)院院士；晉升為哥倫比亞大學(xué)正教授，成為哥倫比亞大學(xué)物理系歷史上第一位女性正教授；成為普林斯頓大學(xué)有史以來第一位女性榮譽(yù)博士。

左：吳健雄被提名諾貝爾獎(jiǎng)資料。圖源：諾貝爾獎(jiǎng)官方網(wǎng)站

右：吳健雄發(fā)現(xiàn)宇稱不守恒的實(shí)驗(yàn)被稱為“吳實(shí)驗(yàn)” 

與此同時(shí)，美國物理學(xué)同行不斷向諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)推薦吳健雄在宇稱不守恒發(fā)現(xiàn)中重要而獨(dú)特的貢獻(xiàn)。

根據(jù)諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)有限解禁資料，1957年諾貝爾獎(jiǎng)之后，從1958到1965年的八年中，吳健雄至少獲得七次諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)提名。提名者包括三位諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者：1955年得主波利卡普·庫施（Polykarp Kusch）和威利斯·蘭姆（Willis Lamb），1959年得主埃米利奧·塞格雷（Emilio Segre）。其中，前兩位是吳健雄在哥倫比亞大學(xué)物理系的同事，塞格雷則是吳健雄在加州大學(xué)伯克利分校做博士研究時(shí)的共同導(dǎo)師，他在1964年和1965年連續(xù)為吳健雄提名。

吳健雄在1965年之后的提名情況尚未解禁。李政道和楊振寧二位先生仍然在世，他們的提名和被提名的資料按規(guī)定保密。

宇稱不守恒發(fā)現(xiàn)是1957年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)已經(jīng)表彰的工作，物理學(xué)家們在此之后多次以此項(xiàng)工作提名吳健雄。這一極為罕見的做法，在很大程度上說明，科學(xué)家們對于1957年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)遺漏了吳健雄，持強(qiáng)烈不同意見。

盡管被諾貝爾獎(jiǎng)遺漏，吳健雄和她的成就在美國學(xué)術(shù)界獲得高度認(rèn)可和贊揚(yáng)。她在宇稱不守恒發(fā)現(xiàn)中設(shè)計(jì)和領(lǐng)導(dǎo)實(shí)施的實(shí)驗(yàn)被稱為 “吳實(shí)驗(yàn)”（Wu experiment）。她也因此項(xiàng)成就榮獲1975年度美國國家科學(xué)獎(jiǎng)?wù)隆?978年首屆沃爾夫物理學(xué)獎(jiǎng)。

1975年，吳健雄當(dāng)選為美國物理學(xué)會(huì)會(huì)長，成為該學(xué)會(huì)有史以來的第一位女性會(huì)長。她還被譽(yù)為 “物理學(xué)研究第一夫人”、“原子核研究皇后” 以及 “中國的居里夫人”；在美國，她的肖像被制成多種卡通人物，進(jìn)入中學(xué)課本。

諾貝爾獎(jiǎng)獲得者在中國社會(huì)享有幾乎唯一崇高的科學(xué)聲望，在半個(gè)多世紀(jì)的時(shí)間里，學(xué)術(shù)界和公眾的關(guān)注焦點(diǎn)更多集中在兩位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者李政道和楊振寧的合作與分裂，在該項(xiàng)工作中起到關(guān)鍵作用的吳健雄卻很少被一般人了解。

本文將根據(jù)原始論文和文獻(xiàn)，試圖回顧和梳理吳健雄在宇稱不守恒發(fā)現(xiàn)研究中的經(jīng)過，呈現(xiàn)她在這項(xiàng)偉大發(fā)現(xiàn)中不可磨滅的貢獻(xiàn)。

2019年11月號《美國物理學(xué)會(huì)新聞》介紹吳健雄的貢獻(xiàn)：1956-1957年，吳健雄領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)證明了宇稱不守恒理論假設(shè)，這是物理學(xué)上的一個(gè)巨大突破，她的兩位同行因此獲得1957年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，但她的貢獻(xiàn)卻被忽略了。

像你這樣一位近代物理的偉大批評者，所給予我這樣一個(gè)罕有的稱贊，是比任何我所期望或重視的科學(xué)獎(jiǎng)，還要更有價(jià)值。我的一生，全然投身于弱相互作用方面的研究，也樂在其中。盡管我從來沒有為了得獎(jiǎng)而去做研究，但是，當(dāng)我的工作因?yàn)槟撤N原因而被人忽視，依然是深深傷害了我。

——吳健雄 1989年1月1日 致斯坦伯格

 “風(fēng)從哪里來？”

1988年，諾貝爾獎(jiǎng)授予三位實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，表彰他們1962年用高能中微子探索基本粒子相互作用的先鋒實(shí)驗(yàn)。他們是利昂·萊德曼（Leon Lederman）、杰克·斯坦伯格（Jack Steinberger）和曼溫·史瓦茲（Melvin Schwartz）。1950年代至1960年代，他們是吳健雄在哥倫比亞大學(xué)物理系的年輕同事。

左: 1988年諾貝爾獎(jiǎng)得主：斯坦伯格、史瓦茲與萊德曼（從左至右）。

右：1988年11月4日，《科學(xué)》雜志對1988年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)工作的報(bào)道，提到包括斯坦伯格在內(nèi)的許多觀察者指出，哥倫比亞大學(xué)的吳健雄應(yīng)該分享1957年諾貝爾獎(jiǎng)，因?yàn)樗膶?shí)驗(yàn)證實(shí)了宇稱守恒被破壞。

1988年11月4日出版的《科學(xué)》雜志，介紹了斯坦伯格等人獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的工作（Science, 242, 669, 1988），指出這一榮譽(yù)不僅屬于他們，也是戰(zhàn)后哥倫比亞大學(xué)物理系天才輩出星河璀璨的明證。三位科學(xué)家特別感謝了當(dāng)年同事李政道在他們獲獎(jiǎng)工作中的指導(dǎo)性作用。同時(shí)，斯坦伯格等許多觀察者特別指出，吳健雄應(yīng)該共享1957年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，因?yàn)樗脤?shí)驗(yàn)推翻了宇稱守恒定律。

1988年，67歲的斯坦伯格在獲獎(jiǎng)后，致信吳健雄，認(rèn)為1957年的諾貝爾獎(jiǎng)沒有同時(shí)頒發(fā)給她，是諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)最大的失誤。

吳健雄1989年1月1日給斯坦伯格的回信，應(yīng)該是她第一次表達(dá)自己對此事的想法。

她說：像你這樣一位近代物理的偉大批評者，所給予我這樣一個(gè)罕有的稱贊，是比任何我所期望或重視的科學(xué)獎(jiǎng)，還要更有價(jià)值。我的一生，全然投身于弱相互作用方面的研究，也樂在其中。盡管我從來沒有為了得獎(jiǎng)而去做研究，但是，當(dāng)我的工作因?yàn)槟撤N原因而被人忽視，依然是深深傷害了我。

斯坦伯格是吳健雄1950年代在哥倫比亞大學(xué)的同事，也是宇稱不守恒發(fā)現(xiàn)研究的直接參與者和見證人。李政道和楊振寧獲得諾貝爾獎(jiǎng)的1956年論文，感謝了四位科學(xué)家，其中就有斯坦伯格和吳健雄兩位實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家。

斯坦伯格和李政道、楊振寧的淵源更深一層。三人是1946-1949年的芝加哥大學(xué)研究生時(shí)代的同學(xué)。當(dāng)時(shí)，斯坦伯格是費(fèi)米（Enrico Fermi）和泰勒（Edward Teller）的實(shí)驗(yàn)物理博士生，李政道和楊振寧分別是費(fèi)米和泰勒的理論物理博士生。1950年代，斯坦伯格和李政道同是哥倫比亞大學(xué)物理系教授，依然保持著研究生時(shí)期的那種親密合作與討論的關(guān)系。

 根據(jù)李政道回憶，1956年4月上旬，第六屆羅切斯特（Rochester）粒子會(huì)議之后的一兩天，在與斯坦伯格討論重粒子自旋測量的過程中，他突發(fā)靈感，要解決 “θ-τ之謎”，應(yīng)該離開這個(gè)系統(tǒng)，假定 “θ-τ” 之外的粒子也可能產(chǎn)生宇稱不守恒現(xiàn)象，而斯坦伯格實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的重粒子和衰變的二維標(biāo)量，再加上一個(gè)空間指標(biāo)，就成為三維贗標(biāo)量，用贗標(biāo)量就可檢測弱作用中的宇稱守恒問題。斯坦伯格實(shí)驗(yàn)組根據(jù)這個(gè)建議，立即分析了已有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)有宇稱不守恒的跡象，但這些數(shù)據(jù)尚不足以得出定論。

后來大家知道，將檢測標(biāo)量從二維平面 “標(biāo)量” 改為三維 “贗標(biāo)量”，是用實(shí)驗(yàn)檢測弱作用中宇稱是否守恒的思想突破點(diǎn)，也是李楊獲得諾貝爾獎(jiǎng)?wù)撐闹械年P(guān)鍵貢獻(xiàn)。這個(gè)思想是如何獲得的，也是李楊后來爭論和分歧的焦點(diǎn)。我們在這里不討論這些分歧，只關(guān)注吳健雄相關(guān)的貢獻(xiàn)。事實(shí)表明，這也是吳健雄進(jìn)入此研究的關(guān)鍵點(diǎn)。

左：李-楊諾貝爾獎(jiǎng)?wù)撐模?956年10月1日發(fā)表。

右：李-楊論文致謝了哥德哈伯、奧本海默、吳健雄和斯坦伯格的有趣討論與評論。

李政道和楊振寧獲得1957年諾貝爾獎(jiǎng)的工作，是完成于1956年6月22日的論文《弱相互作用中的宇稱守恒質(zhì)疑》，他們在論文中感謝了四位科學(xué)家有趣的討論和評論，其中三位是實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家斯坦伯格、吳健雄和哥德哈伯，一位是理論物理學(xué)家奧本海默。

魔鬼在細(xì)節(jié)（The devil is in the detail）。根據(jù)原始論文和文獻(xiàn)，按時(shí)間順序梳理斯坦伯格、吳健雄和哥德哈伯參與宇稱不守恒研究的過程和貢獻(xiàn)，表明吳健雄不僅是第一位提供實(shí)驗(yàn)證據(jù)的科學(xué)家，而且還在李楊研究之初提供了核心而具體的實(shí)驗(yàn)思想和方法。

1989年9月，吳健雄在紐約家中接受記者江才健采訪時(shí)表示，李楊是由她這里得到如何進(jìn)行這個(gè)實(shí)驗(yàn)的概念。

那么，吳健雄是如何為李楊的諾獎(jiǎng)工作作出貢獻(xiàn)的呢？

故事要從1956年4月3-6日，在紐約上州羅切斯特大學(xué)舉行的國際粒子物理學(xué)會(huì)議說起。

1956年 羅切斯特會(huì)議 “θ-τ之謎”

當(dāng)時(shí)我把高能物理學(xué)家在1956年的狀況比喻為處于黑屋子里的一個(gè)人，他知道屋子里一定會(huì)有一扇可以讓他脫離困境的門，但門在何方呢？

——楊振寧

物理學(xué)是建立在實(shí)驗(yàn)和觀測基礎(chǔ)上的科學(xué)。物理定律源于對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或觀測現(xiàn)象的分析和解釋，當(dāng)新的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或現(xiàn)象無法用現(xiàn)有理論解釋時(shí)，理論學(xué)家們會(huì)提出五花八門的理論假設(shè)，并且根據(jù)這些假設(shè)建議新實(shí)驗(yàn)。這些天馬行空的思想，在得到關(guān)鍵性實(shí)驗(yàn)支持之后，才能成為教科書中的物理定律。宇稱不守恒的發(fā)現(xiàn)過程也不例外。

1945年8月，美國 “曼哈頓工程” 研制的兩顆原子彈投向日本，為第二次世界大戰(zhàn)的結(jié)束立下汗馬功勞，物理學(xué)家名聲大震。

1944-1945年，吳健雄是唯一一位參與 “曼哈頓工程” 的中國科學(xué)家，她幫助找出造成B反應(yīng)堆間歇停止運(yùn)作的元兇，并研究將不可裂變鈾238與可裂變鈾235分離的方法，使得提取鈾235成為可能，后來被譽(yù)為 “原子核研究皇后”（Queen of Nuclear Research）。當(dāng)時(shí)，李政道和楊振寧還是中國西南聯(lián)合大學(xué)的本科生和研究生。

原子核物理學(xué)在戰(zhàn)后得到蓬勃發(fā)展，物理學(xué)家用高能加速器加速原子、電子和原子核等，通過它們在碰撞中產(chǎn)生和衰變的各種粒子，探究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)和宇宙起源。

1944年3月，32歲的吳健雄從普林斯頓大學(xué)到紐約哥倫比亞大學(xué)工作，成為唯一一位加入曼哈頓工程的中國科學(xué)家，她被稱為“原子核研究皇后”（Queen of Nuclear Research）。圖源：https://www.atomicheritage.org/profile/chien-shiung-wu）

新問題新現(xiàn)象層出不窮。1950年代中期，物理學(xué)家們在宇宙射線和加速器中發(fā)現(xiàn)了一批全新的基本粒子，未曾被任何理論預(yù)言過，現(xiàn)有的理論也不能解釋它們的新奇特征，因此被稱為 “奇異粒子”，對它們的研究是當(dāng)時(shí)粒子物理實(shí)驗(yàn)和理論研究領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。

從1950年開始，在紐約上州羅切斯特大學(xué)舉行的粒子物理學(xué)會(huì)議，為物理學(xué)家們提供了面對面交流和討論的機(jī)會(huì)。

1956年4月3日-7日，是第六屆羅切斯會(huì)議。會(huì)議最后一天，理論物理學(xué)家奧本海默主持了一個(gè) “新粒子理論解釋” 討論會(huì)，議題之一是 “θ-τ之謎”。物理學(xué)家們提出在θ和τ的衰變中，存在宇稱不守恒的可能性，但討論沒有達(dá)成任何結(jié)論。斯坦伯格、李政道和楊振寧，均參加了這個(gè)討論會(huì)。

 “θ-τ之謎” 是當(dāng)時(shí)物理學(xué)的一個(gè)重要謎題。θ介子和τ介子是兩個(gè)基本粒子，但它們的行為令物理學(xué)家費(fèi)解。當(dāng)時(shí)的測量顯示，在實(shí)驗(yàn)允許的誤差內(nèi)，這兩種基本粒子的質(zhì)量、壽命和自旋完全相同，也就是說，它們應(yīng)該是同一個(gè)粒子。但是，當(dāng)它們同時(shí)自發(fā)地衰變（或者說分裂）為π介子時(shí)，θ衰變?yōu)閮蓚€(gè)π介子，τ衰變?yōu)槿齻€(gè)π介子。奇數(shù)π介子的宇稱是負(fù)的，偶數(shù)π介子的宇稱是正的，由此看來，θ和τ不是同一種粒子，物理學(xué)家們將之稱為 “θ-τ之謎”。

宇稱守恒1927年由物理學(xué)家尤金·維格勒（Eugene Wigner）提出，以解釋1924年奧托·拉普特（Otto Lapte）提出的 “拉普特定律”。從1927年至1956年4月之前近三十年的時(shí)間里，從力學(xué)、電磁學(xué)、引力場等領(lǐng)域的一大批實(shí)驗(yàn)已證明符合宇稱守恒定律，因此，宇稱守恒成為神圣不可侵犯的 “圣?！?/span>（Holy Ox）。

但從1950到1952年，《物理評論》已發(fā)表兩篇論文討論宇稱不守恒問題，一篇是Purcell和 N.F. Ramsey 的發(fā)表論文（Phys. Rev. 78, 807, 1950.），一篇是A.S. Wightman和E. Wigner的論文（Phys. Rev. 78, 101, 1952）。

左：愛德華·珀塞爾 （Edward Purcell，1912-1997) ，1952年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者

右：尤金·維格勒（Eugene Wigner 1902-1995），1963年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者

珀塞爾和維格勒，是當(dāng)時(shí)物理界執(zhí)牛耳之人物，他們在1950年代初發(fā)現(xiàn)并提出可能存在宇稱不守恒現(xiàn)象，雖尚未找到足夠準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)證明，但為未來的研究留下重要的思路。

1956年4月的羅切斯特會(huì)議有一段討論記錄：

討論進(jìn)一步繼續(xù)......楊振寧認(rèn)為到目前止，我們對θ和τ衰變的了解這么少，因此，對這個(gè)問題最好保持思想開放。沿著這種開放的思路，費(fèi)曼（Feynman）替波洛克（M. Block）提出了問題：是不是θ和τ是同一粒子的不同宇稱態(tài)，這一粒子沒有確定的宇稱，也就是說：宇稱是不守恒的？這就是說，自然界是不是有一種明確確定右手和左手的方式呢？

楊振寧說，他和李政道在會(huì)議之前討論過 “θ-τ之謎” 的問題，但未得到任何確定結(jié)論。當(dāng)時(shí)的感覺是挫折和迷茫，方向在哪里？

羅切斯特會(huì)議在4月7日結(jié)束，之后李政道和斯坦伯格回到了哥倫比亞大學(xué)，楊振寧回到普林斯頓高等研究所。4月17日，楊振寧帶家人到布魯克海文實(shí)驗(yàn)室度暑假。

贗標(biāo)量 一把鑰匙

1956年，35歲的斯坦伯格（左）和30歲的李政道（右）是哥倫比亞大學(xué)正教授，兩人的辦公室在哥倫比亞大學(xué)普平物理實(shí)驗(yàn)大樓。

要解開 “θ-τ之謎”，應(yīng)該去測量弱作用中θ-τ之外的贗標(biāo)量。我猜想，宇稱不守恒很可能是一個(gè)普遍性的原理，這就是宇稱不守恒思想的突破。

——李政道答科學(xué)時(shí)報(bào)記者楊虛杰問  2003年4月3日 

據(jù)李政道回憶，1956年羅切斯特會(huì)議后的一兩天，4月8日或9日（星期天或星期一），在哥倫比亞大學(xué)物理系，斯坦伯格來到李政道的辦公室請教問題。他當(dāng)時(shí)正在進(jìn)行不穩(wěn)定重粒子的產(chǎn)生和衰變實(shí)驗(yàn)，他的問題是如何測定這類重粒子的自旋，這個(gè)問題與“θ-τ之謎”和宇稱守恒問題無關(guān)。李政道說：

討論中，我忽生靈感，突然很清楚地明白了，要解決“θ-τ之謎”，必須先離開這個(gè)系統(tǒng)，假定“θ-τ”之外的粒子也可能產(chǎn)生宇稱不守恒的新現(xiàn)象。我發(fā)現(xiàn)，用斯坦伯格實(shí)驗(yàn)中重粒子產(chǎn)生和衰變的幾個(gè)動(dòng)量，便能去組織一個(gè)新的贗標(biāo)量。用了這個(gè)θ-τ以外的贗標(biāo)量，就可試驗(yàn)θ-τ以外的系統(tǒng)宇稱是否不守恒。而這些贗標(biāo)量，很顯然的，沒有被以前任何實(shí)驗(yàn)測量過。用了這些新的贗標(biāo)量，就可以系統(tǒng)地研究宇稱是否不守恒那個(gè)大問題。

李政道的這一想法，將 “θ-τ之謎” 的宇稱不守恒解釋，從邏輯問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)物理問題，并用三維贗標(biāo)量代替二維標(biāo)量，作為測量粒子衰變實(shí)驗(yàn)中宇稱守恒與否的指標(biāo)。他的這一想法，在5月初與吳健雄的討論中，得到證實(shí)。吳健雄告訴他：現(xiàn)有的β衰變實(shí)驗(yàn)與宇稱守恒問題無關(guān)，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中所用的是二維標(biāo)量，但三維贗標(biāo)量可檢測β 衰變（弱作用中）的宇稱守恒問題，她隨即決定做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，這是后話。

李政道關(guān)于三維贗標(biāo)量的想法令斯坦伯格興奮。斯坦伯格說實(shí)驗(yàn)室已有所需要的原始數(shù)據(jù)，只是不知道應(yīng)該如何分析?；氐綄?shí)驗(yàn)室后，斯坦伯格和同事（包括1988年和他共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的博士生曼溫·史瓦茲）立即按李政道的建議分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)果顯現(xiàn)出宇稱不守恒的跡象，但還不足以得出不可辯駁的定論。

李政道說，贗標(biāo)量成為檢驗(yàn)弱作用中宇稱是否守恒的一把鑰匙。兩人商量，李政道的理論分析文章和斯坦伯格實(shí)驗(yàn)組的分析文章，同時(shí)發(fā)表。

李政道敦促斯坦伯格做進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，斯坦伯格估計(jì)一年之內(nèi)，可以在布魯克海文實(shí)驗(yàn)室的加速器上再產(chǎn)生的十倍多的事例，以完成重粒子衰變過程中宇稱是否守恒的決定性實(shí)驗(yàn)。

在斯坦伯格和李政道1956年4月上旬討論之后的兩個(gè)月，6月15日，《物理評論》期刊收到了斯坦伯格實(shí)驗(yàn)組論文：《1.3BeV 介子產(chǎn)生的不穩(wěn)定重粒子的特性》。論文指出，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析已顯示出宇稱不守恒的跡象，但尚不能得出結(jié)論。這篇論文發(fā)表于1956年9月15日，第11號參考文獻(xiàn)記述了斯坦伯格和李政道關(guān)于宇稱守恒問題的討論：

事實(shí)上，數(shù)據(jù)可用于檢測這一假設(shè)，因?yàn)槿魏谓⒃趯?shí)驗(yàn)證據(jù)上的宇稱破壞必須歸功于某一個(gè)宇稱守恒的缺失。

論文作者就宇稱問題的討論致謝李政道：

我們這里要感謝李政道對于這些問題非常有幫助的討論，感謝R. Karplus的交流。

斯坦伯格實(shí)驗(yàn)小組1956年9月15日發(fā)表在《物理評論》的論文

斯坦伯格參與的這些工作，應(yīng)該是李政道和楊振寧在1956年6月22日投稿論文中感謝斯坦伯格的緣由。

一年后，斯坦伯格實(shí)驗(yàn)組確實(shí)完成了向李政道承諾的實(shí)驗(yàn)：在布魯克海文實(shí)驗(yàn)室的加速器上再產(chǎn)生十倍多的事例，完成重粒子、∑⁰等衰變過程中宇稱守恒問題的實(shí)驗(yàn)，他們的論文發(fā)表在1957年12月1日出版的《物理評論》上。

《楊振寧文集》（1998年）收錄了楊振寧寫于1982年的文章《吳健雄證實(shí)了宇稱不守恒》，他寫到： 

的產(chǎn)生和衰變中的上-下不對稱性（它引發(fā)了檢驗(yàn)宇稱是否守恒的想法）是較為難做的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)?img class="rich_pages" data-croporisrc="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LHibUTtMHPROnmDA8c65IvE2u9a9n2IZUuXUyiav0ajDHpzWDb47m51nfYfIHBh1GjJLA8fAVkJygyPmoO916DMA/0?wx_fmt=png" data-cropx1="0" data-cropx2="24" data-cropy1="0" data-cropy2="22" data-ratio="0.875" data-s="300,640" src="http://pic.zhishifenzi.com/a/h1/zsfz1613649634.5957025.jpg" data-type="jpeg" data-w="24" style="height: 22px;letter-spacing: 1.5px;text-indent: 34px;white-space: normal;text-align: center;width: 24px;"/>的產(chǎn)生率很低，論文（57j）強(qiáng)調(diào)，尋找這種不對稱性很有用。已經(jīng)有幾個(gè)小組在做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，但是，直到1957秋，確切地肯定它存在（這就意味著在奇異粒子衰變現(xiàn)象中宇稱也守恒）的報(bào)告才發(fā)表出來。

楊振寧表明，的產(chǎn)生和衰變中的上-下不對稱性的思想，引發(fā)了檢驗(yàn)宇稱是否守恒的想法。他在這里提到的論文57j應(yīng)該是指是《物理評論》于1956年6月15日收到并發(fā)表于1956年9月的斯坦伯格實(shí)驗(yàn)組的論文。

“但是，直到1957秋，確切地肯定它存在（這就意味著在奇異粒子衰變現(xiàn)象中宇稱也守恒）的報(bào)告才發(fā)表出來?！?應(yīng)該是指斯坦伯格實(shí)驗(yàn)組1957年9月提交、12月發(fā)表的論文 。在1956年9月的斯坦伯格實(shí)驗(yàn)組的論文中，有一部分是與李政道討論的有關(guān)宇稱守恒想法和實(shí)驗(yàn)分析，以及對李政道的“非常有幫助的討論”的致謝。這說明1956年4月底，李政道說自己在與斯坦伯格討論相關(guān)工作中產(chǎn)生了研究宇稱不守恒的關(guān)鍵思想，并與斯坦伯格同時(shí)開展了θ-τ和等 “奇異粒子” 的弱作用衰變研究的分析和論文寫作，是有據(jù)可考的。

然而，李政道并沒有按照與斯坦伯格的約定同步完成他分析奇異粒子衰變中宇稱不守恒問題的論文。1956年5月初，楊振寧加入到這項(xiàng)研究中。

李政道和楊振寧的合作

1956年，30歲的李政道是哥倫比亞大學(xué)正教授，34歲的楊振寧是普林斯頓高等研究院教授。圖片來源：Science Photo Library

正如許多偉大的思想一樣，關(guān)于在弱相互作用中宇稱不守恒的想法到處冒出來大約已有一年時(shí)間。不是李也不是楊首先提出這一問題。事情的關(guān)鍵是下一步怎么辦。如何能解決這個(gè)問題？什么實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驒z驗(yàn)這一假說？事實(shí)上，據(jù)我所知，沿著這一線索前進(jìn)的最早建議產(chǎn)生于斯坦伯格與李政道的那次談話，那時(shí)李建議我們?nèi)z查一下我們的數(shù)據(jù)，以尋找不對稱性。

——曼溫·史瓦茲（1988年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者）1988年

要了解吳健雄如何參與到宇稱不守恒發(fā)現(xiàn)的研究，需要先來看看李政道與楊振寧在這一工作中的合作是如何發(fā)生的。

李政道和楊振寧在宇稱不守恒研究中的合作，開始于二人5月初在哥倫比亞大學(xué)的第一次會(huì)面。6月22日，二人向《物發(fā)理評論》寄出后來獲得了1957年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的論文。 

對這一合作過程，兩人均有文字回憶，有相同也有相異之處，這些都或多或少成為導(dǎo)致他們?nèi)蘸笫Ш团c分裂的原因。

相同之處是：兩人在羅切斯特會(huì)議之后的第一次會(huì)面，是5月初的一天，楊振寧從布魯克海文實(shí)驗(yàn)室駕車到哥倫比亞大學(xué)與李政道會(huì)面，在討論和爭執(zhí)中達(dá)成共識：什么是宇稱不守恒的突破：用三維贗標(biāo)量系統(tǒng)地分析弱作用中宇稱守恒問題。

不同之處在于這個(gè)思想是如何突破的，兩人的回憶在會(huì)面緣由、時(shí)間和地點(diǎn)上，均有不同，尤其是在宇稱不守恒如何突破上的回憶，截然相反。

2003年4月3日，李政道在北京接受科學(xué)時(shí)報(bào)社記者楊虛杰采訪時(shí)，回憶當(dāng)時(shí)過程。

他說，1956年4月羅切斯特會(huì)議后一兩天，斯坦伯格到他辦公室討論重粒子實(shí)驗(yàn)分析中，他突發(fā)靈感：在提出于要解決“θ-τ之謎”，應(yīng)該首先離開這個(gè)系統(tǒng)，假定其它粒子也可能發(fā)生宇稱不守恒現(xiàn)象，并建議用三維贗標(biāo)量代替二維標(biāo)量，檢測弱作用中的宇稱問題。斯坦伯格實(shí)驗(yàn)組隨即根據(jù)他的建議，數(shù)據(jù)分析中顯示出宇稱不守恒跡象。兩人約定，分別寫出理論分析文章和實(shí)驗(yàn)論文，同時(shí)發(fā)表。

 5月初的一天，斯坦伯格再次來到李政道辦公室，講述他剛在布魯克海文實(shí)驗(yàn)室的學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)上報(bào)告了他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析，也報(bào)告了李政道關(guān)于宇稱不守恒的建議。楊振寧聽了斯坦伯格的報(bào)告后，并不同意李政道的想法。

聽到斯坦伯格的話后，李政道給楊振寧打了一個(gè)電話，告訴他在羅切斯特會(huì)議后，自己有一個(gè)理論上的突破，請他在兩人討論之前不要把反對意見公之于眾。

第二天，楊振寧從布魯克海文驅(qū)車來到哥倫比亞大學(xué)，和李政道討論。從哥倫比亞大學(xué)附近的咖啡館、中餐館，到李政道的辦公室，李政道講述了自己的最新想法、斯坦伯格實(shí)驗(yàn)組的分析結(jié)果等，楊振寧激烈反對，他說前兩天剛聽了斯坦伯格的報(bào)告，斯坦伯格測量的是 “二面角”（即二維標(biāo)量），他認(rèn)為這不會(huì)得出任何宇稱不守恒的新結(jié)果。李政道解釋，新突破分析中用的不是 “二面角” 標(biāo)量，而是三維的新贗標(biāo)量....... 楊振寧慢慢不再反對，兩人在思想上基本達(dá)成共識。

李政道回憶，在這一次1956年5月初的哥倫比亞大學(xué)訪問中，楊振寧在李政道的辦公桌上看見了他正在寫的文章：θ-τ等奇異衰變中宇稱可能不守恒（注：即與斯坦伯格約定的那篇理論分析論文），說服李政道不要先發(fā)表文章，他認(rèn)為這是非常重要的突破，應(yīng)該用最快的速度，將整個(gè)弱作用領(lǐng)域都占領(lǐng)，這樣會(huì)更完整。

李政道后來回憶說，他當(dāng)時(shí)認(rèn)為楊振寧是一位優(yōu)秀的物理學(xué)家，具有高度批評性眼光，因此他接受了楊振寧的建議。這次討論的關(guān)鍵突破是：在更多的弱相互作用中看看宇稱是否守恒。

1982年，楊振寧在《獲得諾貝爾獎(jiǎng)?wù)撐牡漠a(chǎn)生經(jīng)過》中回憶，在羅切斯特會(huì)議后，他回到普林斯頓，4月17日，他帶全家到布魯克海文實(shí)驗(yàn)室度暑假。5月初的一天，他按照和李政道每周互訪的計(jì)劃，從布魯克海文開車到哥倫亞大學(xué)與會(huì)李政道會(huì)面。他寫道：

我們的討論集中在θ-τ之謎上，在一個(gè)節(jié)骨眼上，我想到了，應(yīng)該把產(chǎn)生過程的對稱性同衰變過程分離開來。于是，如果人們假設(shè)宇稱只在強(qiáng)作用中守恒，在弱作用中則不然，那么θ和τ是同一粒子且自旋、宇稱為O-（這一點(diǎn)是由強(qiáng)作用推斷出的）的結(jié)論就不會(huì)遇到困難。這種分離對反應(yīng)鏈（1）（即）和（2）（即）有特別的意義......李政道先是反對這種觀點(diǎn)。我力圖說服他......后來，他同意了我的意見。

但是，楊振寧在回憶中并沒有說明反應(yīng)鏈（1）和（2）是斯坦伯格實(shí)驗(yàn)組正在做的實(shí)驗(yàn)研究，也沒有提及李楊會(huì)面之前，斯坦伯格5月初在布魯克海文實(shí)驗(yàn)室作報(bào)告時(shí)他的反對意見。

楊振寧回憶，他在贗標(biāo)量作為指標(biāo)測量β衰變中宇稱守恒問題上的突破，是5月中下旬的一天（具體時(shí)間應(yīng)該是五月初第一次會(huì)面之后，以及李政道與吳健雄的討論之后，下文會(huì)詳細(xì)討論這一過程），地點(diǎn)在布魯克海文實(shí)驗(yàn)。他在1982年《獲諾貝爾獎(jiǎng)的論文產(chǎn)生過程》寫道：

5月的一天，我在布魯克海文的Cosmotron加速器部介紹了我們的工作。報(bào)告快結(jié)束時(shí)，Walter Selove 問我，原先的實(shí)驗(yàn)與β衰變中的宇稱不守恒問題無關(guān)，個(gè)中究竟有什么更深一層的原因？我答曰不知道。

一兩天后，李政道到布魯克海文來看我，我們一起思考這個(gè)問題。我們不想通過計(jì)算，而要從數(shù)學(xué)上證明，原先的實(shí)驗(yàn)并未測量到任何與CC’ 成正比的量。為了這個(gè)證明我們花了很大的力氣，因?yàn)榭紤]到粒子的自旋、相位及正、負(fù)號之后，問題便含混不清了。此外，像在所有關(guān)于對稱性的論證那樣，直覺和邏輯往往摻雜在一起。最后，快到那天晚上，我明白了，如果引進(jìn)下述形式上的變換，論證就變得簡單，同時(shí)可以推斷，計(jì)算中正比于CC’的項(xiàng)必須是“贗標(biāo)量”：C–> C  C’–> – C’。

因?yàn)樵鹊膶?shí)驗(yàn)中沒有測量贗標(biāo)量，因此它們與β衰變中宇稱守恒問題沒有關(guān)系。我因弄清楚這一點(diǎn)而十分高興，并在驅(qū)車回住所的當(dāng)兒，向李政道解釋了這一切。

作為一種推論，我們也搞清楚了，能夠檢驗(yàn)弱作用中宇稱是否守恒的實(shí)驗(yàn)，必須包含有‘贗標(biāo)量’的項(xiàng)。

有關(guān)宇稱不守恒的思想突破，不管是誰首先做出來的，但根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)資料可以確定的是，李楊第二次見面之前的某個(gè)時(shí)候，吳健雄已經(jīng)加入了這項(xiàng)研究，在李楊諾貝爾獎(jiǎng)?wù)撐陌l(fā)表之前就提出了用鈷60的b衰變實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證宇稱是否守恒問題的實(shí)驗(yàn)思想和方法，并且首先獲得關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

吳健雄 1956年5月6日

吳健雄在1956年5月6日之前就開始思考和設(shè)計(jì)β衰變相關(guān)實(shí)驗(yàn)，這是判斷吳健雄貢獻(xiàn)遠(yuǎn)重要于其他實(shí)驗(yàn)者和合作者的關(guān)鍵之處。

左：吳健雄漫畫文：“因?yàn)樗?em>β 衰變，她知道如何尋找；因?yàn)樗侨绱思?xì)心的研究員，她用困難的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了費(fèi)米的理論是正確的。許多人認(rèn)為，吳健雄應(yīng)該共享1957年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，但她沒有。” 繪畫：Rebecca Huang 。

右：費(fèi)米教授（1901-1954） 

1956年5月上旬，在與李政道討論后，吳健雄提出了β 衰變檢驗(yàn)宇稱的實(shí)驗(yàn)思想和方法，這應(yīng)該是李政道和楊振寧1956年6月22日論文中所建議關(guān)鍵和的具體的實(shí)驗(yàn)的思想來源，也應(yīng)該是他們在論文中感謝吳健雄的原因。

“解決對稱破壞這一問題的最后推動(dòng)力，幾乎完全來自實(shí)驗(yàn)方面。”

——李政道 《破缺的宇稱》 1986年

1950年代，吳健雄在哥倫比亞大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室，當(dāng)時(shí)，她已是β 衰變實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的世界權(quán)威。

在1945-1952年間，我完全沉浸于β衰變的實(shí)驗(yàn)研究，那是β衰變一個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)期。盡管從1952年開始，我的興趣慢慢離開了β衰變，但它依然像一個(gè)老朋友一樣在我內(nèi)心深處。珍藏在我心中的一個(gè)特別位置。

1956年初春的一天，當(dāng)我的同事李政道教授來到我位于普平物理實(shí)驗(yàn)室13樓的小辦公室時(shí)，這種感覺被再次點(diǎn)燃。

—— 吳健雄 1983年 The discovery of the Parity Violation in Wake Interactions and Its Recent Developments

1956年4月羅切斯特會(huì)議后，李政道和楊振寧對他們5月初在哥倫比亞大學(xué)第一次會(huì)面的具體日期各有說法，但李政道在5月6日之前已經(jīng)與吳健雄討論了在β衰變中檢測宇稱實(shí)驗(yàn)的可行性。

1996年出版的江才健著作《物理科學(xué)的第一夫人——吳健雄》中寫道，吳健雄從5月6日已經(jīng)開始積極思考和準(zhǔn)備相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。

李政道和吳健雄是哥倫比亞大學(xué)物理系的同事，也是相知深切的好朋友。吳健雄年長李政道14歲，是李政道的師長輩，李政道有問題時(shí)也經(jīng)常找吳健雄討論。

1948年，22歲的李政道第一次在哥倫比亞大學(xué)見到吳健雄時(shí)，她已是世界頂級的β 衰變實(shí)驗(yàn)權(quán)威，而他當(dāng)時(shí)還是芝加哥大學(xué)的博士研究生。當(dāng)時(shí)，吳健雄在實(shí)驗(yàn)室向李政道介紹自己正在進(jìn)行的β衰變實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是否定了科諾平斯基-烏倫貝克理論，與李政道的博士導(dǎo)師費(fèi)米的理論吻合。

李政道表示同意，他說：“這很好，反正費(fèi)米的理論一定是對的，我完全接受了她的結(jié)論。從此我與健雄建立起了長達(dá)半個(gè)世紀(jì)的非常親密的工作和私人關(guān)系?！?nbsp;

1956年5月初，當(dāng)李政道思考弱作用中宇稱守恒的問題時(shí)，他想到了弱作用實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的β衰變專家吳健雄，并向她請教。他回憶道：

β 衰變是一個(gè)有長久研究歷史的領(lǐng)域，那時(shí)已經(jīng)有了大量可供利用知識。由于宇稱守恒一直是一個(gè)在所有分析中都不言而喻的假設(shè)，宇稱的概念被廣泛地應(yīng)用，因此，需要非常慎重地去檢驗(yàn)所有已經(jīng)有的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，去看一看宇稱守恒是不是能夠推廣到β 衰變。β 衰變領(lǐng)域世界上最權(quán)威的專家之一是吳健雄，她的辦公室就在哥倫比亞大學(xué)比我的辦公室高幾層的樓上。我訪問了她，告訴她這些想法，她對此非常感興趣……

1997年2月16日，吳健雄在紐約逝世，5月30日，李政道在北京大學(xué) “紀(jì)念吳健雄” 會(huì)議上發(fā)表演講，講述1956年5月初的一天，他從哥倫比亞大學(xué)物理系8樓辦公室到13樓吳健雄的辦公室公的情形：

我對健雄講了一下高能物理中K 介子的θ-τ之謎，同時(shí)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(jié)果的。怎么去檢驗(yàn)? 那天我們討論了很多方案。用Co-60是健雄提出來的。我離開以后，她認(rèn)為這是一個(gè) “黃金機(jī)會(huì)”，也是對她的一個(gè)挑戰(zhàn)。因?yàn)檫@類實(shí)驗(yàn)從來沒有人做過，雖然宇稱這個(gè)觀念在β衰變里已經(jīng)用得很多了，而且大家都以為宇稱守恒當(dāng)然是對的，可是從來沒有被檢驗(yàn)過。所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)是很難的，是一個(gè)挑戰(zhàn)。

1956年我和楊振寧在理論上建議了宇稱不守恒，而實(shí)驗(yàn)上的確定是健雄做的。

她的文章于40年前的（1957年）2 月15 日發(fā)表在《物理評論》（Physical Review ）第105 卷的第1413 頁上。緊接著她的論文，加溫、萊德曼和溫里克（M. Weinrich）在第1415頁上發(fā)表了π的μ子衰變和μ子的電子衰變，得到了同樣的結(jié)論。在同一卷的第1681頁，還有特萊格迪（V. Telegdi）和弗里德曼（J. Friedman）的文章，等等。在以后的半年之內(nèi)，大概有幾百個(gè)這方面的實(shí)驗(yàn)出來。

1972年，吳健雄在發(fā)表于《實(shí)驗(yàn)物理探險(xiǎn)》的自述文章中寫道：

……1956年早春的一天，李政道教授來到普平物理實(shí)驗(yàn)室第十三層我的辦公室。他先向我解釋“θ-τ之謎”。他繼續(xù)說，如果θ-τ之謎的答案是宇稱不守恒，那么這種破壞在極化核β衰變的空間分布中也應(yīng)該觀察到：我們必須去測量贗標(biāo)量（σ· p），p是電子的動(dòng)量，σ是核的自旋。

在這一次的討論中，吳健雄說：“不幸的是，我未能為他提供任何來自β衰變的贗標(biāo)量（σ· p）信息。以前所有的β衰變研究的基本上只是“標(biāo)量”，比如β-光譜的形狀和強(qiáng)度或半衰期?！?/span>

兩人討論了多種實(shí)驗(yàn)方案，包括β衰變實(shí)驗(yàn)的可能性。5月6日，吳健雄開始積極準(zhǔn)備用衰變檢驗(yàn)宇稱守恒的實(shí)驗(yàn)。她回憶道：

 ……在李教授的訪問之后，我把事情從頭到尾想了一遍，對于一個(gè)從事β衰變物理的學(xué)者來說，去做這種至關(guān)重要的實(shí)驗(yàn)，真是一個(gè)寶貴的機(jī)會(huì)，我怎么能放棄這個(gè)機(jī)會(huì)呢？......那年春天，我的丈夫袁家騮和我打算去日內(nèi)瓦參加一個(gè)會(huì)議，然后到遠(yuǎn)東去。我們倆都是在1936年離開中國的，正好二十年了。我們已經(jīng)預(yù)訂了伊麗莎白王后號船票。但我突然意識到，我必須立刻去做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，在物理學(xué)界的其他人意識到這個(gè)實(shí)驗(yàn)的重要性之前去做。于是我請求家騮讓我留下，由他一個(gè)人去。

......五月底，春季學(xué)期結(jié)束后，我開始認(rèn)真準(zhǔn)備這個(gè)實(shí)驗(yàn)……9月中旬，我終于去了華盛頓特區(qū)，第一次會(huì)見到了安伯勒博士……當(dāng)實(shí)驗(yàn)在華盛頓進(jìn)行期間，為了教學(xué)和其他研究事務(wù)，我必須穿梭于華盛頓和哥倫亞大學(xué)之間。在圣誕節(jié)前夕，機(jī)場因大雪而關(guān)閉，我乘末班火車回到紐約。我告訴李教授我們觀察到的不對稱是可以重復(fù)的，而且很大。不對稱參數(shù)幾近于-1. 李教授說非常好，這個(gè)結(jié)果正是中微子二分量理論所期望的。

李楊在有關(guān)宇稱問題的研究合作中的敘述雖有不同，但根據(jù)他們以及吳健雄的敘述和回憶，以及相關(guān)論文的內(nèi)容的分析，應(yīng)該可以確定以下事實(shí)：

這些事實(shí)表明：在與李政道討論的中，吳健雄基于李政道的想法，已經(jīng)提出了β衰變宇稱守恒的具體實(shí)驗(yàn)的思想和方法，這也是李楊6月22日論文中相關(guān)實(shí)驗(yàn)方法的來源，這也是他們在論文中感謝吳健雄的原因。吳健雄參與宇稱不守恒研究的時(shí)間，遠(yuǎn)在李政道和楊振寧6月22日論文成文和投稿之前。

因此，吳健雄并不是在得知李楊6月22日論文完成后，才開始思考和開展β衰變相關(guān)實(shí)驗(yàn)的，這說明吳健雄的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)重要于其他實(shí)驗(yàn)者和合作者。

“用Co-60是健雄提出來的”

左：吳健雄設(shè)計(jì)的β衰變實(shí)驗(yàn)方案  來源：李政道 1997年5月30日 北京大學(xué)演講。

左：楊振寧1957年12月11日 在瑞典科學(xué)院諾貝爾演講中的衰變實(shí)驗(yàn)示意圖，稱這是他和李政道1956年夏天提出的實(shí)驗(yàn)。來源：楊振寧 1957年12月11日在瑞典科學(xué)院的諾貝爾演講

在1957 年2月15日發(fā)表Experimental Test of the Parity Conservation in Beta Decay論文中，她以第一作者的身份，第一次用實(shí)驗(yàn)否定了宇稱守恒定律，同時(shí)也否定了粒子-反粒子對稱的假設(shè)。對稱和守恒是物理學(xué)的基礎(chǔ)，但這兩個(gè)很重要的定律和假設(shè)都被健雄的實(shí)驗(yàn)推翻了。所以，這是一個(gè)劃時(shí)代的實(shí)驗(yàn)。

——李政道 1997年5月30日 北京大學(xué)吳健雄紀(jì)念演講

吳健雄在宇稱不守恒發(fā)現(xiàn)中的關(guān)鍵貢獻(xiàn)，是提出并實(shí)現(xiàn)用鈷60作為β衰變放射源來檢驗(yàn)弱作用中宇稱是否守恒的問題。

1956年5月中下旬的一天，在布魯克海文實(shí)驗(yàn)，李政道和楊振寧室遇見了物理學(xué)家哥德哈伯。當(dāng)哥德哈伯聽說他們正在寫一篇論文時(shí)，就告訴他們英國牛津大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)能夠把原子極化。這個(gè)技術(shù)啟發(fā)了兩人在論文中提出的兩種實(shí)驗(yàn)技術(shù)之一的關(guān)鍵技術(shù)，也應(yīng)該是他們在6月22日的論文中感謝哥德哈伯的原因。

李政道回到哥倫比亞大學(xué)，再次去向吳健雄請教β衰變的有關(guān)實(shí)驗(yàn)問題。吳健雄問：是否有人提出用什么具體的想法來做實(shí)驗(yàn)？李政道說哥德哈伯提出過用極化原子技術(shù)來檢驗(yàn)，吳健雄立即指出，最好是利用鈷60作為β衰變放射源來進(jìn)行極化原子核實(shí)驗(yàn)。她回憶說：

在李政道教授離開我的辦公室之前，我問他是否有人提出過有關(guān)這個(gè)測試的想法。他說，有人建議用核反應(yīng)器中產(chǎn)生的極化核或反應(yīng)器中產(chǎn)生的一個(gè)慢中子束。然而，不知為什么，我非常擔(dān)心這兩種方法的使用。我建議最好是使用鈷60作為β放射源，并以絕熱退磁方式極化它，這種方法的極化率可高達(dá)65%。李博士對鈷60β放射源的高極化率非常感興趣，他向我借了一本使用這種方法的參考書。

對這一過程，1957年12月11日，楊振寧在瑞典科學(xué)院諾貝爾演講中說：

李政道博士和我在1956年夏提出了涉及β衰變，，及奇異粒子衰變的一系列實(shí)驗(yàn)。所有這些實(shí)驗(yàn)的基本原理全部都一樣：安排兩套實(shí)驗(yàn)裝置，它們互為鏡像且包含弱相互作用。然后檢查這兩套裝置儀表上的計(jì)數(shù)是否總是相同。如果讀數(shù)不同，就毫不含糊地證明左右對稱性不成立。此想法示于圖2，它描述用以檢驗(yàn)β衰變中宇稱是否守恒的實(shí)驗(yàn)。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)首先由吳健雄、安伯勒（E. Ambler）、海沃德（R. W. Hayward）、霍普斯（D. D. Hopper）和赫德遜（R.P Hudson）在1956年下半年著手進(jìn)行而于今年初完成。實(shí)際的實(shí)驗(yàn)裝置非常復(fù)雜。因?yàn)橐饨绺蓴_的影響，實(shí)驗(yàn)必須在極低溫度下進(jìn)行，把β衰變的測量和低溫裝置結(jié)合在一起是前所未未聞的，這是主要困難之一。這個(gè)難題被吳健雄她們成功解決了。這過去一年中關(guān)于宇稱問題的驚人重大發(fā)現(xiàn)，應(yīng)歸功于她的勇氣和技巧。

1982年，楊振寧在《吳健雄證明了宇稱不守恒》中寫道：

一種可能的做法是測量極化β衰變的方向分布。但困難在于如何使核極化，而我和李政道都不知道當(dāng)時(shí)已能通過低溫技術(shù)使核極化。后來，哥德哈伯、吳健雄等人談及這個(gè)問題，我們才知道有這樣技術(shù)，于是便提議：用鈷60來研究，可能是很合適的。

相比較于李政道和吳健雄對具體過程的描述，楊振寧的回憶較為籠統(tǒng)，這可能是由于空間和時(shí)間的限制，楊振寧很可能沒有機(jī)會(huì)直接與吳健雄討論這方面的問題。而李政道因?yàn)楹蛥墙⌒弁诟鐐惐葋喆髮W(xué)物理系，有更多的機(jī)會(huì)直接討論和交流。

在1962年5月12日出版的《紐約客》雜志上，理論物理學(xué)家伯恩斯坦（Jeremy Bernstein 1929--）發(fā)表文章 “宇稱問題側(cè)記” 表明，楊振寧說他記不準(zhǔn)在有關(guān)檢驗(yàn)弱作用的實(shí)驗(yàn)想法是怎么得來的。文章寫道：

“回顧過去，像李-楊做出的發(fā)現(xiàn)，看起來容易，但對發(fā)現(xiàn)者來說就不一樣了。最近，我和楊討論了這一問題。他試著描述了一個(gè)人在這種情況下的心理過程……楊已記不準(zhǔn)他和李要去檢驗(yàn)過去有關(guān)弱作用實(shí)驗(yàn)的想法是怎么得來的了。但是他卻記得是什么時(shí)候、在什么地方。那是五月初，他剛剛駕車從厄普頓（布魯克海文實(shí)驗(yàn)室所在地）到紐約訪問李。他把李從哥倫比亞大學(xué)的辦公室接上車……他們便去附近的白玫瑰咖啡館。他們坐下來開始討論。這時(shí)，他們忽然有一個(gè)想法。突然，他們明白了，應(yīng)該去檢查一個(gè)又一個(gè)弱作用實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，去看一看有沒有任何有關(guān)宇稱不守恒的信息?！?/span>

西格邦1955年出版 《β和伽馬射線光譜學(xué)》

左：凱·西格邦（K. Siegbahn，1918-2007）瑞典物理學(xué)家, 1981年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得獎(jiǎng)?wù)?/span>

右：1955年出版的《β和伽馬射線光譜學(xué)》

1955年由西格邦編輯出版的《β和伽馬射線光譜學(xué)》論文集，其中有兩章由吳健雄撰寫。吳健雄借給李政道的這本書，像一束光，啟發(fā)了李政道和楊振寧研究中的新思路。

兩人通讀了西格邦的這本書，吃驚地發(fā)現(xiàn)已有的β衰變的結(jié)果和宇稱守恒與否并沒有關(guān)系；盡管宇稱守恒定律作為被科學(xué)界早已接受的普遍定律，但事實(shí)上在弱相互作用方面卻完全沒有實(shí)驗(yàn)證據(jù)。他們終于找到了解決問題的方向。

對這一過程，李政道1986年在《破缺的宇稱》中寫道：

我訪問了她，告訴她這些想法。她對此非常感興趣，把西格邦編輯的β衰變的權(quán)威書籍借給我看。那時(shí)，楊和我對宇稱算符P的實(shí)質(zhì)意義都還不清楚……

楊和我開始系統(tǒng)地用推廣的宇稱不守恒作用對所有已知的β衰變現(xiàn)象進(jìn)行研究。我們很快讀完西格邦的書，經(jīng)常保持電話聯(lián)系。我們花了兩個(gè)星期的時(shí)間完成了全部的β衰變分析……

最后，我們讀到西格邦書結(jié)尾，用這一新的相互作用重新推導(dǎo)了全部老公式，到那時(shí)就清楚了，并不存在任何一個(gè)證據(jù)，證明β衰變中宇稱是守恒的。我們又會(huì)合在一起校對計(jì)算手稿。在討論中我們認(rèn)識到我們是多么愚蠢，為什么那些復(fù)雜的Ci*Cj’、干涉項(xiàng)互相消去，這應(yīng)該有一個(gè)非常簡單的理由。當(dāng)我們停止計(jì)算、開始思考，在非常短的時(shí)間里事情就清楚了，不存在證據(jù)的理由是一個(gè)簡單事實(shí)，就是沒有任何人曾試圖從看來似乎是左右對稱的安排中去觀察一個(gè)贗標(biāo)物理量!

在1957年12月11日諾貝獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)禮的演講中，楊振寧講述當(dāng)時(shí)的思想狀態(tài)：

在并沒有實(shí)驗(yàn)支持的情況下，長期以來，人們竟錯(cuò)誤地相信弱相互作用中宇稱守恒，這個(gè)事實(shí)本身就是令人吃驚的。然而，更令人吃驚的是，物理學(xué)家如此充分了解的一個(gè)空間時(shí)間對稱定律可能面臨破產(chǎn)。我們并不喜歡這種可能。我們是由于試圖理解θ-τ之謎的各種努力都遭到挫折，而被迫考慮這種可能。

在弄清楚這些問題的基礎(chǔ)上，1956年5月底，李政道和楊振寧決定應(yīng)該在弱相互作用中用贗標(biāo)量去檢驗(yàn)宇稱是否守恒，兩人準(zhǔn)備撰寫一篇論文。

“吳實(shí)驗(yàn)”（Wu Experiment）

吳（健雄）向李（政道）建議：不要用產(chǎn)生于反應(yīng)器的極化核，或者是產(chǎn)生于反應(yīng)器的一束極化慢中子束，“最好的方法是用絕熱去磁化極化的鈷60作為β衰變源，這種方法的極化率可高達(dá)65%?！痹诋?dāng)時(shí)不能保證宇稱可能不守恒的情況下，吳決定自己來這個(gè)實(shí)驗(yàn)……

1956年6月4日，吳打電話給國家標(biāo)準(zhǔn)局的歐內(nèi)斯特·安伯勒，他熱情地接受了她的提議：利用標(biāo)準(zhǔn)局的原子核專家和設(shè)備做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。

——1997年10月 《今日物理》 “吳健雄逝世” 作者：理查德 加溫 李政道

在確定用鈷60作β衰變實(shí)驗(yàn)的放射源后，吳健雄需要有低溫設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室，因?yàn)樗O(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)需要低溫物理實(shí)驗(yàn)裝置。

她找到的是哥倫比亞大學(xué)的物理學(xué)家加溫（Richard Garwin，1928-）。

28歲的加溫當(dāng)時(shí)工作于IBM設(shè)在哥大的華生實(shí)驗(yàn)室，他既是IBM的高級研究員和技術(shù)主管，也是哥倫比亞大學(xué)物理系的年輕教授。1946-1949年，加溫和李政道、楊振寧均在芝加哥大學(xué)攻讀博士。加溫是費(fèi)米的實(shí)驗(yàn)物理博士生，21歲獲得博士學(xué)位。費(fèi)米曾說：加溫是他見過的唯一真正天才。1952年，24歲的加溫是第一枚氫彈的設(shè)計(jì)者。

也許，更為有趣和重要的是，1957年1月5日，在獲知吳健雄實(shí)驗(yàn)組的最初結(jié)果后，加溫和同事萊德曼立即動(dòng)手做李-楊論文中建議的第二個(gè)實(shí)驗(yàn)，并在四天后獲得結(jié)果，成為第二個(gè)證實(shí)宇稱不守恒的實(shí)驗(yàn)，兩篇論文同時(shí)發(fā)表在2月15日的《物理評論》上。不過加溫和萊德曼從未認(rèn)為自己的貢獻(xiàn)比吳健雄更重要。四十年后，1997年3月，69歲的加溫還在《自然》撰文，稱贊吳健雄在宇稱不守恒發(fā)現(xiàn)中的原創(chuàng)性貢獻(xiàn)。

1956年5月底，當(dāng)吳健雄表示希望加溫和她共同來合作驗(yàn)證宇稱守恒的實(shí)驗(yàn)時(shí)，加溫正在領(lǐng)導(dǎo)IBM的一個(gè)100多人團(tuán)隊(duì)的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)的研究計(jì)劃。他表示沒有時(shí)間和她合作，但建議吳健雄與華盛頓國家標(biāo)準(zhǔn)局的科學(xué)家合作，那里有低溫技術(shù)專家和可進(jìn)行原子核極化的低溫實(shí)驗(yàn)室可進(jìn)行原子核極化實(shí)驗(yàn)。于是，吳健雄找到了位于華盛頓特區(qū)的國家標(biāo)準(zhǔn)局。

1956年6月4日，吳健雄在紐約哥倫比亞大學(xué)辦公室，打電話給華盛頓特區(qū)的國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的歐內(nèi)斯特·安伯勒，邀請他共同進(jìn)行檢驗(yàn)β衰變中宇稱是否守恒的實(shí)驗(yàn)。吳健雄在電話中向安伯勒講述了她的實(shí)驗(yàn)構(gòu)想。安伯勒問：這個(gè)實(shí)驗(yàn)的β衰變效應(yīng)會(huì)顯示出很會(huì)大的不對稱效應(yīng)嗎？吳健雄說應(yīng)該會(huì)。

安伯勒是一位低溫物理學(xué)家，1956年33歲，兩年前在英國牛津克萊文登實(shí)驗(yàn)室獲得博士學(xué)位，由此，他成為1956年國家標(biāo)準(zhǔn)局參與b衰變實(shí)驗(yàn)的負(fù)責(zé)人。1988年，安伯勒已經(jīng)是國家標(biāo)準(zhǔn)局局長，他在官方口述歷史中回憶，自己當(dāng)時(shí)是一個(gè)初出茅廬的新手，還不知自己未來對物理學(xué)的貢獻(xiàn)會(huì)在哪里，對于哥倫比亞大學(xué)資深物理學(xué)家的合作邀請，感到榮幸。

之后，吳健雄與安伯勒進(jìn)行了多次電話交流，同時(shí)，安伯勒也在征求國家標(biāo)準(zhǔn)局主管同意，在國家標(biāo)準(zhǔn)局開展這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。6月22日之后，吳健雄還將李-楊論文預(yù)印本寄給了安伯勒請。7月24日，吳健雄致信安伯勒，告訴他自己已經(jīng)在為液氦極低溫環(huán)境中探測β衰變實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備，建議兩人會(huì)面討論，但因安伯勒在8月要休假兩個(gè)星期，他們第一次會(huì)面是在9月中旬。在此期間，吳健雄再次找加溫合作，加溫太忙，仍建議她與國家標(biāo)準(zhǔn)局專家合作，進(jìn)展會(huì)更快，盡管在紐約和華盛頓間往返會(huì)勞累一些。

在吳健雄積極準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)時(shí)，李政道楊振寧的論文已在物理界傳播，但當(dāng)時(shí)絕大多數(shù)同行對宇稱可能不守恒持相當(dāng)?shù)膽岩伞?/span>

第一個(gè)做實(shí)驗(yàn)的是吳健雄。第二個(gè)是芝加哥大學(xué)的特萊格迪教授——1956年8月，他的實(shí)驗(yàn)組按李-楊論文中建議的另一個(gè)方案做實(shí)驗(yàn)，其間他回到歐洲兩個(gè)月，處理家庭事務(wù)，1957年1月，在獲知吳健雄實(shí)驗(yàn)組的最初結(jié)果后，匆忙寫成論文，成為第三篇證實(shí)宇稱不守恒的論文，特萊格迪也對于自己未能率先發(fā)表結(jié)果而耿耿于懷。

9月中旬，吳健雄第一次來到國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室與安伯勒會(huì)面。安伯勒帶她參觀實(shí)驗(yàn)室，介紹她認(rèn)識后來密切合作的同事們。經(jīng)過短暫的磨合后，吳健雄和國家標(biāo)準(zhǔn)局的四位科學(xué)家組成實(shí)驗(yàn)組。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中，吳健雄在哥倫比亞大學(xué)還有教學(xué)和研究工作，因此，在華盛頓做實(shí)驗(yàn)期間，她基本上每周穿梭于國家標(biāo)準(zhǔn)局和哥倫比亞大學(xué)之間。

在1962年5月12日《紐約客》發(fā)表的文章《宇稱問題側(cè)記》中，杰米·伯恩斯坦寫道：在讓實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家們?nèi)プ龉ぷ髦埃詈蜅畛说却獠荒茏鍪裁词?.....