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岁月如歌
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第1卷 第十章 物理女皇吴健雄 宇称不守恒定律(第1页/共2页)
文 /
袁成亮
言|情|小|说|吧
进入50年代以来
物理学的研究内容发生了明显的变化
尤其在核物理学方面
由于实验数据的长期大量的积累
无论质和量都有了空前的发展
此时物理学最令人感兴趣的问陋都集中在基本粒子的研究上
因为物理学中许多最根本且具有普通意义的问题都有与基本粒子有关
而在基本粒子研究中发现的形形式式的“奇异粒子”尤为引人注目
一般说来
普通物质都是由质子
中子
电子所组成
但是当普通物质被高能量质子撞击的时候
撞击的“碎片”中就会产生出“奇异粒子”
在许多的“奇异粒子”中
最引起科学家兴趣的乃是被命名为θ和τ的两种粒子
θ和τ这两种粒子裔是经由宇宙射线撞击一般物质
或者加速器中高能量粒子撞击普通物质的“碎片”中产生的
它们存在的生命期很短
会很快地转变成其他生命期较长的粒子
这种转变现象在物理学上叫“衰变”
θ粒子的衰变会产生出两个π介子
而τ粒子衰变则产生出三个π介子
经测量θ和τ粒子有着相同的质量和生命期
似属同一个粒子
然而当物理学家达利兹利用当时普遍被接受的物理定律去分析时
却又得出θ和τ粒子不可能是同一个粒子
“一个相同的粒子却产生两种不同的衰变模式‘’这以当时物理的理论是说不通的
这一难题极大地困扰着科学家们
他们将之称为”θ一τ“之谜
在”θ一τ“之谜面前
当时许多物理学家总想在不违背”宇称守恒定律“的前提下来寻求解决办法
所谓宇称
就是基本粒子和原子核所具有的一种量子化的特性
它描述的是波函数衣所有空间坐标同时变 换下的对称性
然而
科学家们在这方面所做的种种努力都失败了
是不是”宇称守恒定律“不适于弱相互作用呢
当时正在从事这一课题研究的两位华裔科学家杨振宁和李政道发出了这样的疑问
他俩决定从弱相互作用人手来检验”宇称守恒定律“
但是杨李在弱相互作用方面并不内行
而吴健雄在此前研究并取得突出成就的β衰变正是一种重要的弱相互作用
于是
他俩找到吴健雄求助
在吴健雄的指导下
他俩发现计算β衰变的结果和宇称不守恒没有一点关系
并完成了《对相互作用中宇称守恒的质疑》论文
发表于美国物理最权威期刊《物理评论》上
尽管杨李对”θ一τ“之谜提出了质疑
但如果没有确凿的实验证明
这个理论仍然不能得到科学界的肯定
事实上
杨李这篇论文只为解决”θ一τ“之谜提供了一个可能方向
他俩也并没有因此否定”宇称不守恒“
对此
杨振宁后来说:”在那个时候
我并没有把宝在宇称不守恒上
李政道也没有
我也不知道有任何人押宝在 称不守恒上
“然而
吴健雄凭着对这方面专深的知识看到了”宇称守恒定律“的极大可疑性
她决定以自己的实验来进一步验证这一结果
这可是核子物理实验中从未有过挑战
它将面临两个巨大的难题:一是要使一个非常薄的放射源能够保持其原子核极化状态
二是为得到足够的统计数据必须使这个放射源在较长时间里处于原子核极化状态
为解决这两个难题
吴健雄凭自己在这方面深厚的知识选择了每秒钟能放射出上万个电子的钴60作为放射源
起初吴健雄实验组做成了几个放射源晶体
并将其放人美国国家标准局实验室一个超低温库中
但发现放射源极化只能维持几秒钟
根本无法进行观测
此中原因主要是由于放射源辐射产生热量使温度升高所引起的
为解决这个问题
必须将带放射源的小晶体放在一个大的晶体内以阻隔温度的上升
然而
到那儿去弄那么大的晶体呢
吴健雄从半个世纪前德国出版的一本有关晶体内容的书籍中找到了生长晶体方法
在哥大普平物理实验大楼地下实验室里
吴健雄和同事们最初虽也获得了几颗小晶体
但怎么也生产不出大晶体来
正当她为此焦虑不安时
一个偶然的发现使这个问题得到了解决
一天晚上
一位研究生回家做饭时无意之中将带回家的一只装有制造晶体所用化学物的玻璃烧杯放在炉台上
第二天早上
她意外地发现在玻璃烧杯中长出了一块1公分左右的透明剔亮晶体
原来由于炉台所特有的均温使得烧杯中融洽人了大量的晶体化学成分
吴健雄获知此事喜出望外
她由此想出利用灯光加热并且让晶体均匀冷却的办法来制作大晶体
在经过3个星期的努力之后
她获得了10个足够大的完美的单晶
她带着这些像钻石一样美丽的晶体回到华盛顿后立即投入了紧张的实验工作
12月中旬
吴健雄终于得到了她想要得到的效应;实验数据真正显现了衰变的宇称不守恒效应
1月9日清晨两点
当吴健雄与4个同事们完成了进行实验查证的最后一个环节时
每个人的脸上都显现出难以控制的激动:他们知道
物理科学史上一个伟大的时刻到来了
一位同事拿出一瓶1949年产的法国红葡萄酒以示庆贺
1957年1月15日
哥伦比亚大学学为这项新发现举行了一个记者招待会
2月15日
吴健雄等人的实验报告论文在权威杂志《物理评论》上全文发表了
第二天
《纽约报》在头版以”物理的基本观念宇称已经由实验而推翻“报道了这件在科学史上具有重大意义的发现
报道中称:”就某种特定的意义来说
一个完整的理论架构
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