澎湃新聞記者 王蕙蓉
2022年5月31日，是世界著名核物理學家、「東方居里夫人」吳健雄誕辰110周年。
吳健雄（1912.5.31-1997.2.16）
吳健雄(1912-1997)先生生於江蘇省蘇州太倉，是美籍華裔核物理學家、美國科學院院士、中科院外籍院士。作為20世紀世界傑出實驗物理學家之一，她在β衰變研究領域具有世界級貢獻，被譽為「東方居里夫人」、「核物理女王」、「物理學第一夫人」。
β衰變指原子核自發地放射出β粒子或俘獲一個軌道電子而發生的轉變，是放射性衰變的三種主要方式(α、β、γ)之一，是一種弱相互作用的現象，弱相互作用力也是使太陽發光的基本動力。
2021年2月11日，即國際科學女性日，吳健雄與愛因斯坦、費米、費曼等物理學家享有同等殊榮，登上美國郵政局發行的永久性紀念郵票。該郵票以紀念這位20世紀最有影響力的核物理學家之一。1956年，正是吳健雄用實驗證明了宇稱不守恆定律。
圖片來自美國郵政局
踏上核物理研究之路
「東方居里夫人」出生於書香門第。其父親吳中毅開辦了一間學校，十分重視子女教育。他反對彼時社會輕視婦女的習俗，崇尚男女平等，認為女孩子享有受教育的權利。因此吳健雄從小就受到良好教育和文化培養。
1929年，吳健雄考取南京中央大學數學系，一年後轉入物理系，攻讀物理專業。畢業後她在中央研究院工作一年，並於1936年赴美留學。
吳健雄孫女Jada Yuan在2021年刊登於《華盛頓郵報》的回憶文章中，曾提及這段遠洋留學經歷：「我祖母走下了那艘遠洋輪時，原來打算到密西根大學攻讀博士學位，但是在訪問了加州大學伯克利分校後改變了主意，決定在那裡註冊就讀。因為她吃驚地得知密西根大學的學生會是不允許女性從前門進入的。而且帶領她參觀伯克利的嚮導是另一個中國的物理學研究生袁家騮，人們通常稱他為盧克（Luke）。」（譯自華新民）
在加州大學伯克利分校參觀了勞倫斯剛發明的回旋加速器，加上受到勞倫斯影響，吳健雄最終選擇在伯克利深造，師從著名核物理學家、諾貝爾物理獎獲得者埃米里奧·賽格雷教授。
吳健雄在哥倫比亞大學實驗室的機械設備旁留影，Manny Warman攝，哥倫比亞大學圖書館珍本和手稿收藏館大學檔案室藏
吳健雄在1940年獲得物理學博士學位後，曾在史密斯學院和普林斯頓大學工作，1942年與物理學家袁家騮(Luke Yuan)結婚。兩年後她參加哥倫比亞大學的曼哈頓計劃。吳健雄在其中的研究包括：改進蓋革計數器，以檢測和測量核輻射水平和大量富集鈾；幫助開發通過氣體擴散法，將鈾金屬分離成鈾-235和鈾-238同位素的工藝。
從β衰變到宇稱不守恆
第二次世界大戰後，吳健雄在哥倫比亞大學開始研究衰變，即放射性元素放射出粒子而轉變為另一種元素的過程。她所做出的重要物理貢獻中，最廣為人知的是首次證實了恩里科·費米(Enrico Fermi)的β衰變理論。
據美國原子遺產基金會，理論物理學家楊振寧和李政道了解到吳健雄對於β衰變方面的專業研究，於1956年找到了她。二人請吳健雄設計一個實驗，來證明他們早先提出的在弱作用下宇稱不守恆的理論。在量子力學裡，宇稱是表徵微觀粒子運動特性的物理量。宇稱守恆定律是關於微觀粒子體系的運動或變化規律具有左右對稱性的定律。
1960年代初的理論物理學家楊振寧（左2）、李政道（左1）和實驗物理學家吳健雄（右）
1956年底，吳健雄的實驗在接近絕對零度（0K，約為-273.15℃）的溫度下使用放射性同位素鈷-60，證明了相同的核粒子並不總是表現相同。宇稱不守恆定律是指在弱相互作用中，互為鏡像的物質的運動不對稱。
在1956年前，科學界普遍認為宇稱守恆，即一個粒子的鏡像與其本身性質完全相同。1956年，科學家發現θ和τ兩種介子的自旋、質量、壽命、電荷等完全相同，多數科學家認為二者是同一種粒子，但θ介子衰變時產生兩個π介子，τ子衰變時產生3個，又不完全相同。
楊振寧和李政道在深入研究後，提出τ和θ是完全相同的同一種粒子(後稱為K介子)，但在弱相互作用的環境中，二者的運動規律卻不一定完全相同，即「θ-τ」粒子在弱相互作用下是宇稱不守恆的。
正是由於在弱作用下宇稱不守恆的理論被吳健雄實驗證實後，楊振寧、李政道二人獲得了1957年的諾貝爾物理學獎。但吳健雄不在獲獎名單中，因而受到物理界廣泛關注，許多人深感不平。有一種解釋是諾貝爾獎只限三人，而參加吳健雄實驗的還有美國國家標準局低溫組的其他三個人，因此不好平衡。但大多數人並不贊成這一說法。後來，有包括李政道在內的多名諾獎得主曾為吳健雄提名諾貝爾物理學獎，但始終未能成功。
吳健雄和她的同事們，包括後來的諾貝爾獎得主李政道（右），1957年1月15日在哥倫比亞大學舉行新聞發布會，公布他們的開創性發現，哥倫比亞大學圖書館珍本和手稿收藏館大學檔案室藏
1957年宇稱不守恆的發現，是理論物理學家和實驗物理學家共同努力的成就。楊振寧對其評價：「吳健雄為什麼有勇氣去做一個大家都認為無希望的實驗？是否希望僥倖發現左右並不完全對稱？我認為不是！這不是她做人做事的態度。她認為鈷-60是否左右對稱是原則性的基礎問題，當然絕對應該去研究，不計後果！這是她的過人之處。」
楊振寧親筆簽名的紀念文字，圖片來自東南大學吳健雄學院
李政道說，解決對稱破壞的這一問題的最後推動力，幾乎完全來自實驗方面。他強調，「我們不要只記得她對人類工作上的貢獻」，並評價吳健雄是20世紀最傑出的物理學家之一，在實驗物理學研究上取得了偉大成就，對當代物理學發展起到了極重要的推動作用。
李政道題詞，圖片來自東南大學吳健雄學院
物理學家、1976年諾貝爾物理學獎獲得者丁肇中說「她做實驗小心謹慎，用大多數時間校對儀器」。數學家、菲爾茲獎首位華人得主丘成桐則說「對於無緣諾獎，學界許多人都為她抱屈」。
丁肇中以影片參會形式發表紀念講話 截圖自活動直播
「東方居里夫人」無緣諾獎
對此，吳健雄孫女Yuan曾在前述回憶文章里寫道，在吳健雄實驗成功後，「李政道與一群哥倫比亞的科學家分享了這個消息，儘管我的祖母曾要求他不要這樣做，暫時不要。這一點很重要，因為它直接影響到她這項發現的功勞歸誰的問題。由利昂·萊德曼(Leon Lederman)領導的另一組哥倫比亞科學家正在做另一個實驗，萊德曼意識到自己的試驗稍加修改也可以測試宇稱的不守恆。他們在四天之內確認了我祖母的結果。消息傳播開來。我的祖母感受到了趕在萊德曼之前發表論文的強大壓力，同時反覆檢查她的結果。在物理學中，誰首先提交和發表研究結果，榮譽就歸誰。」
最終，「萊德曼在李政道的要求下暫緩提交論文；如果他們不是哥倫比亞大學的同事，這樣的善意不太可能發生。」兩篇論文都發表在1957年1月15日的《物理評論》。「萊德曼的論文承認他是在聽說我祖母的結果後才開始實驗的。」
吳健雄等人論文《在β衰變中檢驗宇稱守恆》發表於《物理評論》
Yuan表示，「但從某種意義上說，損害已經不可挽回。那年下半年，諾貝爾獎委員會拒絕把獎金授予任何實驗方面的人士；楊振寧和李政道因理論工作而獲獎。」Yuan認為其中可能也存在著性別歧視，「120年來，只有四位女性獲得了諾貝爾物理學獎。」
吳健雄對此未公開表露意見。不過她在1989年的一封信中寫道：「我的一生全然投身於弱相互作用方面的研究，也樂在其中。儘管我從來沒有為得獎去做研究工作，但是，當我的工作因某種原因而被人忽視，依然是深深地傷害了我。」
吳健雄雖未獲諾貝爾獎，但她在實驗物理方面的傑出貢獻被國際物理界所認可。她在宇稱不守恆發現中領導的實驗被稱為「吳實驗」(Wu experiment)，並因此榮獲1975年度美國國家科學獎。這是由美國總統授予曾在行為與社會科學、生物學、化學、工程學、數學及物理學領域作出重要貢獻的美國科學家，相當於中國的國家最高科學技術獎。她還因此榮獲1978年首屆沃爾夫物理學獎。沃爾夫獎(Wolf Prize)由R.沃爾夫(Ricardo Wolf)及其家族成立的沃爾夫基金會於1976年設立，其宗旨是促進全世界科學、藝術發展。
丘成桐在東南大學吳健雄書院揭牌及數學學科創建百年慶祝活動上演講，圖片來自東南大學吳健雄學院
吳健雄還獲得諸多重要獎項和其它領域成就。1958年，她的研究幫助解決有關血液和鐮狀細胞貧血的重要生物學問題。她也是第一位擔任美國物理學會主席的女性，獲得過美國國家科學院在物理領域設立的Comstock Prize，以及普林斯頓大學第一個授予女性的榮譽博士學位。1994年她當選中國科學院首批外籍院士。
心繫祖國，推動高能物理實驗基地
1973年10月，吳健雄、袁家騮二人回到中國，受到周總理接見。周總理請二人幫助分析雲南站發現的宇宙線事例，並對中國科學院高能物理研究所所長張文裕先生說:「 一定要儘快把高能加速器預製方案搞出來」。此後，她和袁家騮多次回國訪問、講學，包括中國科學院、下屬研究所和高校。他們曾多次訪問中國科學院高能物理研究所，參觀北京正負電子對撞機和北京譜儀。
夫婦二人不僅為國內科學教育如何發展，如何培養人才提出許多中肯建議，還闡述過要重視基礎科學，在中國建立高能物理實驗基地的建議。
1977年，吳健雄、袁家騮和李政道一起寫信給張文裕先生，提出中國高能加速器建造應選擇省錢，有豐富物理目標的方案。1981年初，由於國民經濟調整，八七工程，即40GeV（十億電子伏特）的高能質子加速器建設下馬，吳健雄夫婦聽說後非常著急，與李政道商議如何推動中國的高能物理實驗基地。
朱洪元(右3)，謝家麟(右1)，吳健雄(右2)，威爾遜(右4)等在美國討論中國高能加速器方案，圖片來自中國科學院高能物理研究所
不久，高能所的朱洪元、謝家麟到美國與李政道、潘諾夫斯基、吳健雄、袁家騮以及美國幾個高能物理實驗室專家，開會討論中國高能物理的前景。會後一致同意在中國建造2×2.2GeV正負電子對撞機是最好的方案，造價只有八七工程的三分之一，且物理窗口內容豐富，又可以做同步輻射應用研究，能達到一機兩用的效果。最後經過多方努力，特別是李政道和鄧小平、方毅的頻繁溝通，該方案獲得批准。
據中國科學院高能物理研究所鄭志鵬回憶，在此後的訪問中，吳健雄向中科院高能物理研究所多個研究人員關心設備和實驗進展，包括北京正負電子對撞機工程(BEPC)、譜儀和τ輕子質量測量實驗等。
北京正負電子對撞機工程(BEPC)
當鄭志鵬及同事請吳健雄在一張繪有BEPC上τ輕子質量精確測量結果的紀念封上簽字時，她興奮地說：「我的兩個夢想現在都變成了現實，一個是中國人在自己的加速器和譜儀上做出了世界級的物理成果；另一個是海峽兩岸的中國科學家在自己的國家裡歡聚在一起……」
責任編輯：李躍群
校對：劉威
