吳健雄：在宇稱不守恆發現中的不朽貢獻（上）

圖源：Carly Wilkins，美國能源部

【編者按】

北京時間 2021 年 2 月 12 日，中國農曆新年第一天，美國郵政局發行一枚永久性紀念郵票，以紀念華裔美籍核物理學家吳健雄對 20 世紀物理學的傑出貢獻，並同步發行吳健雄首日封。

吳健雄到底做出了怎樣的工作？《知識分子》專欄作者王丹紅根據原始論文和現有文獻，介紹了吳健雄 1956-1957 年在宇稱不守恆發現中的不朽貢獻。

剛剛過去的 2 月 16 日是吳健雄辭世 24 週年紀念日。今天特發此文，以茲紀念。

撰文

| 王丹紅（《知識分子》專欄作者）

責編

| 陳曉雪

2021 年 2 月 2 月，美國郵政局發行牛年生肖郵票，慶祝中國農曆新年——牛年；美國東部時間 2 月 11 日，正值中國農曆新年正月初一，發行華裔美籍物理學家吳健雄紀念郵票和首日封，表彰她對 20 世紀物理學的傑出貢獻。

2020 年 3 月，美國《時代》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家李政道（左）和楊振寧（右） ；右：1963 年的實驗物理學家吳健雄（1912。5。31-1997。2。16）

1957 年 10 月，兩位年輕的理論物理學家李政道和楊振寧獲諾貝爾物理學獎，時年分別為 31 歲和 35 歲，獲獎理由是 “對所謂宇稱守恆原理的深刻探索，導致基本粒子領域的重大發現”。

在此之前的 1957 年 1 月，同為華人的物理學家吳健雄，其設計並領導的實驗第一個推翻了宇稱守恆定律。

李政道、楊振寧的諾貝爾獎論文：《弱相互作用中的宇稱守恆質疑》 ，1956 年 6 月 22 日投稿，1956 年 10 月 1 日發表於美國《物理評論》期刊。

李政道和楊振寧的研究所導致的宇稱不守恆發現，是對粒子物理學和標準模型的重大貢獻。二人作為第一次獲得諾貝爾獎的中國學者，對中國科學和全球華人有著深刻影響。

但是，令人遺憾的是，領導推翻宇稱守恆定律決定性實驗的吳健雄，未能與李楊共享諾貝爾獎，她的卓越貢獻被當年的諾貝爾獎委員會忽略。

吳健雄等人的論文《在β衰變中檢驗宇稱守恆》1957 年 2 月 15 日發表於《物理評論》

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，

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。

那麼，1957 年的諾貝爾物理學獎，為何缺失實驗物理學家吳健雄？

如果只是簡單地閱讀吳健雄與合作者在 1957 年 2 月 15 日發表的實驗論文《在β衰變中檢驗宇稱守恆》，似乎可以得出這樣的結論：吳健雄是根據李-楊論文中建議的實驗方法，領導實驗組第一個做出了推翻宇稱守恆的實驗。

因此，將諾貝爾獎授予李楊二人，而不考慮吳健雄等人的實驗貢獻，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李-楊論文中的理論和建議開展實驗的。1957 年 12 月 11 日，楊振寧在瑞典科學院諾貝爾獎演講中說：

一旦明白了這一點，就容易懂得，哪種實驗才能明確檢驗從未檢驗過的在弱相互作用下宇稱守恆的假設。李政道博士和我在 1956 年夏提出了涉及β衰變，π-μ，μ-e 及奇異粒子衰變的一系列實驗。所有這些實驗的基本原理全都一樣：安排兩套實驗裝置，它們互為映象並且包含弱相互作用，然後檢查這兩套實驗裝置儀表上的讀數是否總是相同。如果讀數不同，就毫不含糊地證明左右對稱性不成立。

這個實驗首先由

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 年下半年著手進行而於今年年初完成。

然而，美國很多物理學同行似乎對此有著完全不同的評價。

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獎，院長羅伯特·奧本海默（1904-1967）在致詞中特別強調：

宇稱不守恆的發現三個人功勞最大，不可忽略吳健雄的貢獻。

奧本海默因領導美國原子彈研製計劃 “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，應該沒有諾貝爾獎提名資格，也未發現他提名過諾貝爾獎候選人的記錄。

1958 年，吳健雄同時獲得三項榮譽：當選美國科學院院士；晉升為哥倫比亞大學正教授，成為哥倫比亞大學物理系歷史上第一位女性正教授；成為普林斯頓大學有史以來第一位女性榮譽博士。

左：吳健雄被提名諾貝爾獎資料。圖源：諾貝爾獎官方網站；右：吳健雄發現宇稱不守恆的實驗被稱為“吳實驗”

與此同時，美國物理學同行不斷向諾貝爾獎委員會推薦吳健雄在宇稱不守恆發現中重要而獨特的貢獻。

根據諾貝爾獎委員會有限解禁資料，1957 年諾貝爾獎之後，從 1958 到 1965 年的八年中，吳健雄至少獲得七次諾貝爾物理學獎提名。提名者包括三位諾貝爾物理學獎獲得者：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物理系的同事，塞格雷則是吳健雄在加州大學伯克利分校做博士研究時的共同導師，他在 1964 年和 1965 年連續為吳健雄提名。

吳健雄在 1965 年之後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定保密。

宇稱不守恆發現是 1957 年諾貝爾物理學獎已經表彰的工作，物理學家們在此之後多次以此項工作提名吳健雄。這一極為罕見的做法，在很大程度上說明，

科學家們對於 1957 年的諾貝爾物理學獎遺漏了吳健雄，持強烈不同意見。

儘管被諾貝爾獎遺漏，吳健雄和她的成就在美國學術界獲得高度認可和讚揚。她在宇稱不守恆發現中設計和領導實施的實驗被稱為 “吳實驗”（Wu experiment）。她也因此項成就榮獲 1975 年度美國國家科學獎章、1978 年首屆沃爾夫物理學獎。

1975 年，吳健雄當選為美國物理學會會長，成為該學會有史以來的第一位女性會長。她還被譽為 “物理學研究第一夫人”、“原子核研究皇后” 以及 “中國的居里夫人”；在美國，她的肖像被製成多種卡通人物，進入中學課本。

諾貝爾獎獲得者在中國社會享有幾乎唯一崇高的科學聲望，在半個多世紀的時間裡，學術界和公眾的關注焦點更多集中在兩位諾貝爾獎獲得者李政道和楊振寧的合作與分裂，在該項工作中起到關鍵作用的吳健雄卻很少被一般人瞭解。

本文將根據原始論文和文獻，試圖回顧和梳理吳健雄在宇稱不守恆發現研究中的經過，呈現她在這項偉大發現中不可磨滅的貢獻。

特別說明

筆者不是物理學者，文中所有對相關物理概念、物理實驗的描述和評論，均來自物理學家及文獻資料。作為曾連續十年深度報道諾貝爾三大科學獎項的科學記者，筆者按新聞六要素 “5W+1H” 方法，即：事件（what）、人物（Who）、時間（When）、地點（Where）、事件發生原因（Why）、事件發生過程（How），查證目前已有的文獻，追溯吳健雄參加宇稱不守恆研究的原因、過程和作用。

如新文獻資料出現，將會進一步完善對這一過程的研究。

目  錄

上篇

1.

“風從哪裡來”

2.

1956 年羅切斯特會議  “θ-τ 之謎”

3.

從二維標量 到 三維贗量

4.

李政道和楊振寧合作

5.

吳健雄 1956 年 5 月 6 日

6.

“用 Co-60 是健雄提出來的”

7.

西格邦 1955 年出版 《β和伽馬射線光譜學》

8.

“吳實驗”

下篇

9.

“宇稱是不守恆的，這句難懂的話像新福音一樣傳遍了全世界”

10.

證詞：奧本海默 斯坦伯格 加溫 萊德曼

11.

“風到哪裡去了？”

寫作手記：

永遠的吳健雄

2019 年 11 月號《美國物理學會新聞》介紹吳健雄的貢獻：1956-1957 年，吳健雄領導的實驗證明了宇稱不守恆理論假設，這是物理學上的一個巨大突破，她的兩位同行因此獲得 1957 年的諾貝爾物理學獎，但她的貢獻卻被忽略了。

像你這樣一位近代物理的偉大批評者，所給予我這樣一個罕有的稱讚，是比任何我所期望或重視的科學獎，還要更有價值。我的一生，全然投身於弱相互作用方面的研究，也樂在其中。儘管我從來沒有為了得獎而去做研究，但是，當我的工作因為某種原因而被人忽視，依然是深深傷害了我。

——吳健雄 1989年1月1日 致斯坦伯格

1

“風從哪裡來？”

1988 年，諾貝爾物理學獎授予三位實驗物理學家，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驗。他們是利昂·萊德曼（Leon Lederman）、傑克·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物理系的年輕同事。

左： 1988 年諾貝爾獎得主：斯坦伯格、史瓦茲與萊德曼（從左至右）；中和右：1988 年 11 月 4 日，《科學》雜誌對 1988 年諾貝爾物理學獎工作的報道，提到包括斯坦伯格在內的許多觀察者指出，哥倫比亞大學的吳健雄應該分享 1957 年諾貝爾獎，因為她的實驗證實了宇稱守恆被破壞。

1988 年 11 月 4 日出版的《科學》雜誌，介紹了斯坦伯格等人獲得諾貝爾物理學獎的工作（Science， 242， 669， 1988），指出這一榮譽不僅屬於他們，也是戰後哥倫比亞大學物理系天才輩出星河璀璨的明證。三位科學家特別感謝了當年同事李政道在他們獲獎工作中的指導性作用。同時，

斯坦伯格等許多觀察者特別指出，吳健雄應該共享 1957 年的諾貝爾物理學獎，因為她用實驗推翻了宇稱守恆定律。

1988 年，67 歲的斯坦伯格在獲獎後，致信吳健雄，認為 1957 年的諾貝爾獎沒有同時頒發給她，是諾貝爾獎委員會最大的失誤。

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

她說：像你這樣一位近代物理的偉大批評者，所給予我這樣一個罕有的稱讚，是比任何我所期望或重視的科學獎，還要更有價值。我的一生，全然投身於弱相互作用方面的研究，也樂在其中。儘管我從來沒有為了得獎而去做研究，但是，當我的工作因為某種原因而被人忽視，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的同事，也是宇稱不守恆發現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的 1956 年論文，感謝了四位科學家，其中就有斯坦伯格和吳健雄兩位實驗物理學家。

斯坦伯格和李政道、楊振寧的淵源更深一層。三人是 1946-1949 年的芝加哥大學研究生時代的同學。當時，斯坦伯格是費米（Enrico Fermi）和泰勒（Edward Teller）的實驗物理博士生，李政道和楊振寧分別是費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物理系教授，依然保持著研究生時期的那種親密合作與討論的關係。

根據李政道回憶，1956 年 4 月上旬，第六屆羅切斯特（Rochester）粒子會議之後的一兩天，在與斯坦伯格討論重粒子自旋測量的過程中，他突發靈感，要解決 “θ-τ 之謎”，應該離開這個系統，假定 “θ-τ”之外的粒子也可能產生宇稱不守恆現象。而斯坦伯格實驗中產生的重粒子和衰變的二維標量，再加上一個空間指標，就成為三維贗標量，用贗標量就可檢測弱作用中的宇稱守恆問題。斯坦伯格實驗組根據這個建議，立即分析了已有的實驗資料，發現有宇稱不守恆的跡象，但這些資料尚不足以得出定論。

後來大家知道，將檢測標量從二維平面 “標量” 改為三維 “贗標量”，是用實驗檢測弱作用中宇稱是否守恆的思想突破點，也是李楊獲得諾貝爾獎論文中的關鍵貢獻。這個思想是如何獲得的，也是李楊後來爭論和分歧的焦點。我們在這裡不討論這些分歧，只關注吳健雄相關的貢獻。事實表明，這也是吳健雄進入此研究的關鍵點。

左：李-楊諾貝爾獎論文，在 1956 年 10 月 1 日發表；右：李-楊論文致謝了哥德哈伯、奧本海默、斯坦伯格和吳健雄的有趣討論與評論。

李政道和楊振寧獲得 1957 年諾貝爾物理學獎的工作，是完成於 1956 年 6 月 22 日的論文《弱相互作用中的宇稱守恆質疑》，他們在論文中感謝了四位科學家有趣的討論和評論，其中三位是實驗物理學家斯坦伯格、吳健雄和哥德哈伯，一位是理論物理學家奧本海默。

魔鬼在細節（The devil is in the detail）。根據原始論文和文獻，按時間順序梳理斯坦伯格、吳健雄和哥德哈伯參與宇稱不守恆研究的過程和貢獻，筆者發現

吳健雄不僅是第一位提供實驗證據的科學家，而且還在李楊研究之初提供了核心而具體的鈷 60 的β衰變的實驗思想和方法。

1989 年 9 月，吳健雄在紐約家中接受記者江才健採訪時表示，李楊是由她這裡得到如何進行這個實驗的概念。

那麼，吳健雄是如何為李楊的諾獎工作作出貢獻的呢？

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

2

1956年 羅切斯特會議 “θ-τ之謎”

當時我把高能物理學家在1956年的狀況比喻為處於黑屋子裡的一個人，他知道屋子裡一定會有一扇可以讓他脫離困境的門，但門在何方呢？

——楊振寧

物理學是建立在實驗和觀測基礎上的科學。物理定律源於對實驗資料或觀測現象的分析和解釋，當新的實驗資料或現象無法用現有理論解釋時，理論學家們會提出五花八門的理論假設，並且根據這些假設建議新實驗。這些天馬行空的思想，在得到關鍵性實驗支援之後，才能成為教科書中的物理定律。宇稱不守恆的發現過程也不例外。

1945 年 8 月，美國 “曼哈頓工程” 研製的兩顆原子彈投向日本，為第二次世界大戰的結束立下汗馬功勞，物理學家名聲大震。

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

原子核物理學在戰後得到蓬勃發展，物理學家用高能加速器加速原子、電子和原子核等，透過它們在碰撞中產生和衰變的各種粒子，探究物質的基本結構和宇宙起源。

1944 年 3 月，32 歲的吳健雄從普林斯頓大學到紐約哥倫比亞大學工作，成為唯一一位加入曼哈頓工程的中國科學家，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

新問題新現象層出不窮。1950 年代中期，物理學家們在宇宙射線和加速器中發現了一批全新的基本粒子，未曾被任何理論預言過，現有的理論也不能解釋它們的新奇特徵，因此被稱為 “奇異粒子”，對它們的研究是當時粒子物理實驗和理論研究領域的一個重要分支。

從 1950 年開始，在紐約上州羅切斯特大學舉行的粒子物理學會議，為物理學家們提供了面對面交流和討論的機會。

1956 年 4 月 3 日 - 7 日，是第六屆羅切斯會議。會議最後一天，理論物理學家奧本海默主持了一個 “新粒子理論解釋” 討論會，議題之一是 “θ-τ 之謎”。物理學家們提出在 θ 和 τ 的衰變中，存在宇稱不守恆的可能性，但討論沒有達成任何結論。斯坦伯格、李政道和楊振寧，均參加了這個討論會。

“θ-τ 之謎” 是當時物理學的一個重要謎題。θ 介子和 τ 介子是兩個基本粒子，但它們的行為令物理學家費解。當時的測量顯示，在實驗允許的誤差內，這兩種基本粒子的質量、壽命和自旋完全相同，也就是說，它們應該是同一個粒子。但是，當它們同時自發地衰變（或者說分裂）為 π 介子時，θ 衰變為兩個 π 介子，τ 衰變為三個 π 介子。奇數 π 介子的宇稱是負的，偶數 π 介子的宇稱是正的。由此看來，θ 和 τ 不是同一種粒子，物理學家們將之稱為 “θ-τ 之謎”。

宇稱守恆 1927 年由物理學家尤金·維格勒（Eugene Wigner）提出，以解釋 1924 年奧托·拉普特（Otto Laporte）提出的 “拉普特定律”。從 1927 年至 1956 年 4 月之前近三十年的時間裡，從力學、電磁學、引力場等領域的一大批實驗已證明符合宇稱守恆定律，因此，宇稱守恆成為神聖不可侵犯的 “聖牛”（Holy Ox）。

但從 1950 到 1952 年，《物理評論》已發表兩篇論文討論宇稱不守恆問題，一篇是Purcell和 N。F。 Ramsey 的發表論文（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 年諾貝爾物理學獎獲得者；右：尤金·維格勒（Eugene Wigner 1902-1995），1963 年諾貝爾物理學獎獲得者

珀塞爾和維格勒，是當時物理界執牛耳之人物，他們在 1950 年代初發現並提出可能存在宇稱不守恆現象，雖尚未找到足夠準確的實驗證明，但為未來的研究留下重要的思路。

1956 年 4 月的羅切斯特會議有一段討論記錄：

討論進一步繼續……楊振寧認為到目前止，我們對 θ 和 τ 衰變的瞭解這麼少，因此，對這個問題最好保持思想開放。沿著這種開放的思路，費曼（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，這一粒子沒有確定的宇稱，也就是說：宇稱是不守恆的？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，他和李政道在會議之前討論過 “θ-τ 之謎” 的問題，但未得到任何確定結論。當時的感覺是挫折和迷茫，方向在哪裡？

羅切斯特會議在 4 月 7 日結束，之後李政道和斯坦伯格回到了哥倫比亞大學，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驗室度暑假。

3

贗標量 一把鑰匙

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

要解開 “θ-τ 之謎”，應該去測量弱作用中 θ-τ 之外的贗標量。我猜想，宇稱不守恆很可能是一個普遍性的原理，這就是宇稱不守恆思想的突破。

——李政道答科學時報記者楊虛傑問  2003 年4 月 3 日

據李政道回憶，1956 年羅切斯特會議後的一兩天，4 月 8 日或 9 日（星期天或星期一），在哥倫比亞大學物理系，斯坦伯格來到李政道的辦公室請教問題。他當時正在進行不穩定重粒子的產生和衰變實驗，他的問題是如何測定這類重粒子的自旋，這個問題與“θ-τ 之謎”和宇稱守恆問題無關。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”，必須先離開這個系統，假定“θ-τ”之外的粒子也可能產生宇稱不守恆的新現象。我發現，用斯坦伯格實驗中重粒子產生和衰變的幾個動量，便能去組織一個新的贗標量。用了這個 θ-τ 以外的贗標量，就可試驗 θ-τ 以外的系統宇稱是否不守恆。而這些贗標量，很顯然的，沒有被以前任何實驗測量過。用了這些新的贗標量，就可以系統地研究宇稱是否不守恆那個大問題。

李政道的這一想法，將 “θ-τ 之謎” 的宇稱不守恆解釋，從邏輯問題轉化為一個物理問題，並用三維贗標量代替二維標量，作為測量粒子衰變實驗中宇稱守恆與否的指標。他的這一想法，在 5 月初與吳健雄的討論中，得到證實。吳健雄告訴他：現有的β衰變實驗與宇稱守恆問題無關，因為實驗中所用的是二維標量，但三維贗標量可檢測β衰變（弱作用中）的宇稱守恆問題，她隨即決定做這個實驗，這是後話。

李政道關於三維贗標量的想法令斯坦伯格興奮。斯坦伯格說實驗室已有所需要的原始資料，只是不知道應該如何分析。回到實驗室後，斯坦伯格和同事（包括 1988 年和他共同獲得諾貝爾物理學獎的博士生曼溫·史瓦茲）立即按李政道的建議分析實驗資料，結果顯現出宇稱不守恆的跡象，但還不足以得出不可辯駁的定論。

李政道說，贗標量成為檢驗弱作用中宇稱是否守恆的一把鑰匙。兩人商量，李政道的理論分析文章和斯坦伯格實驗組的分析文章，同時發表。

李政道敦促斯坦伯格做進一步的實驗，斯坦伯格估計一年之內，可以在布魯克海文實驗室的加速器上再產生的十倍多的事例，以完成重粒子衰變過程中宇稱是否守恆的決定性實驗。

在斯坦伯格和李政道 1956 年 4 月上旬討論之後的兩個月，6 月 15 日，《物理評論》期刊收到了斯坦伯格實驗組論文：《1。3BeV 介子產生的不穩定重粒子的特性》。論文指出，實驗資料的分析已顯示出宇稱不守恆的跡象，但尚不能得出結論。這篇論文發表於 1956 年 9 月 15 日，第 11 號參考文獻記述了斯坦伯格和李政道關於宇稱守恆問題的討論：

事實上，資料可用於檢測這一假設，因為任何建立在實驗證據上的宇稱破壞必須歸結於某一個宇稱守恆的缺失。

論文作者就宇稱問題的討論致謝李政道：

我們這裡要感謝李政道對於這些問題非常有幫助的討論，感謝 R。 Karplus 的交流。

斯坦伯格實驗小組 1956 年 9 月 15 日發表在《物理評論》的論文，第 11 號參考文獻記述了斯坦伯格和李政道關於宇稱守恆問題的討論。

斯坦伯格參與的這些工作，應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。

一年後，斯坦伯格實驗組確實完成了向李政道承諾的實驗：在布魯克海文實驗室的加速器上再產生十倍多的事例，完成重粒子Λ、Σ等衰變過程中宇稱守恆問題的實驗，他們的這篇論文發表在 1957 年 12 月 1 日出版的《物理評論》上。

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

Λ的產生和衰變中的上-下不對稱性（它引發了檢驗宇稱是否守恆的想法）是較為難做的一個實驗，因為Λ的產生率很低，論文（57j）強調，尋找這種不對稱性很有用。已經有幾個小組在做這個實驗，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象中宇稱也守恆）的報告才發表出來。

楊振寧表明，Λ的產生和衰變中的上-下不對稱性的思想，引發了檢驗宇稱是否守恆的想法。但他在這裡提到的論文57j並不是《物理評論》於 1956 年 6 月 15 日收到並發表於 1956 年 9 月的斯坦伯格實驗組的論文，而是指斯坦伯格實驗組 1957 年 9 月提交、12 月發表的論文 。

在 1956 年 9 月的斯坦伯格實驗組的論文中，有一部分是與李政道討論的有關宇稱守恆想法和實驗分析，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工作中產生了研究宇稱不守恆的關鍵思想，並與斯坦伯格同時開展了 θ-τ 和Λ等 “奇異粒子” 的弱作用衰變研究的分析和論文寫作，是有據可考的。

然而，李政道並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恆問題的論文。

1956 年 5 月初，楊振寧加入到這項研究中。

4

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，關於在弱相互作用中宇稱不守恆的想法到處冒出來大約已有一年時間。不是李也不是楊首先提出這一問題。事情的關鍵是下一步怎麼辦。如何能解決這個問題？什麼實驗能夠檢驗這一假說？事實上，據我所知，沿著這一線索前進的最早建議產生於斯坦伯格與李政道的那次談話，那時李建議我們去檢查一下我們的資料，以尋找不對稱性。

——曼溫·史瓦茲（1988年諾貝爾物理學獎獲得者）1988 年

要了解吳健雄如何參與到宇稱不守恆發現的研究，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生的。

李政道和楊振寧在宇稱不守恆研究中的合作，開始於二人 5 月初在哥倫比亞大學的第一次會面。6 月 22 日，二人向《物發理評論》寄出後來獲得了 1957 年諾貝爾物理學獎的論文。

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致他們日後失和與分裂的原因。

相同之處是：兩人在羅切斯特會議之後的第一次會面，是 5 月初的一天，楊振寧從布魯克海文實驗室駕車到哥倫比亞大學與李政道會面，在討論和爭執中達成共識：什麼是宇稱不守恆的突破和用三維贗標量系統地分析弱作用中宇稱守恆問題。

不同之處在於這個思想是如何突破的，兩人的回憶在會面緣由、時間和地點上，均有不同，尤其是在宇稱不守恆如何突破上的回憶，截然相反。

2003 年 4 月 3 日，李政道在北京接受科學時報社記者楊虛傑採訪時，回憶當時過程。

李政道說，1956 年 4 月羅切斯特會議後一兩天，斯坦伯格到他辦公室討論重粒子實驗分析中，他突發靈感：在提出於要解決 “θ-τ 之謎”，應該首先離開這個系統，假定其它粒子也可能發生宇稱不守恆現象，並建議用三維贗標量代替二維標量，檢測弱作用中的宇稱問題。斯坦伯格實驗組隨即根據他的建議，資料分析中顯示出宇稱不守恆跡象。兩人約定，分別寫出理論分析文章和實驗論文，同時發表。

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驗室的學術報告會上報告了他們的實驗結果和分析，也報告了李政道關於宇稱不守恆的建議。楊振寧聽了斯坦伯格的報告後，並不同意李政道的想法。

聽到斯坦伯格的話後，李政道給楊振寧打了一個電話，告訴他在羅切斯特會議後，自己有一個理論上的突破，請他在兩人討論之前不要把反對意見公之於眾。

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

李政道回憶，在這一次 1956 年 5 月初的哥倫比亞大學訪問中，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恆（注：即與斯坦伯格約定的那篇理論分析論文）。楊振寧說服李政道不要先發表文章，他認為這是非常重要的突破，應該用最快的速度，將整個弱作用領域都佔領，這樣會更完整。

李政道後來回憶說，他當時認為楊振寧是一位優秀的物理學家，具有高度批評性眼光，因此他接受了楊振寧的建議。這次討論的關鍵突破是：在更多的弱相互作用中看看宇稱是否守恆。

1982 年，楊振寧在《獲得諾貝爾獎論文的產生經過》中回憶，在羅切斯特會議後，他回到普林斯頓，4 月 17 日，他帶全家到布魯克海文實驗室度暑假。5 月初的一天，他按照和李政道每週互訪的計劃，從布魯克海文開車到哥倫亞大學與會李政道會面。他寫道：

我們的討論集中在 θ-τ 之謎上，在一個節骨眼上，我想到了，應該把產生過程的對稱性同衰變過程分離開來。於是，如果人們假設宇稱只在強作用中守恆，在弱作用中則不然，那麼 θ 和 τ 是同一粒子且自旋、宇稱為O-（這一點是由強作用推斷出的）的結論就不會遇到困難。這種分離對反應鏈（1）（即π-+ p -> Λ+ θ）和（2）（即Λ-> π + p）有特別的意義……李政道先是反對這種觀點。我力圖說服他……後來，他同意了我的意見。

但是，楊振寧在回憶中並沒有說明反應鏈（1）和（2）是斯坦伯格實驗組正在做的實驗研究，也沒有提及李楊會面之前，斯坦伯格 5 月初在布魯克海文實驗室作報告時他的反對意見。

楊振寧回憶，他在贗標量作為指標測量β衰變中宇稱守恆問題上的突破，是 5 月中下旬的一天（具體時間應該是五月初第一次會面之後，以及李政道與吳健雄的討論之後，下文會詳細討論這一過程），地點在布魯克海文實驗。他在 1982 年《獲諾貝爾獎的論文產生過程》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。報告快結束時，Walter Selove 問我，原先的實驗與β衰變中的宇稱不守恆問題無關，箇中究竟有什麼更深一層的原因？我答曰不知道。

一兩天後，李政道到布魯克海文來看我，我們一起思考這個問題。我們不想透過計算，而要從數學上證明，原先的實驗並未測量到任何與 CC’ 成正比的量。為了這個證明我們花了很大的力氣，因為考慮到粒子的自旋、相位及正、負號之後，問題便含混不清了。此外，像在所有關於對稱性的論證那樣，直覺和邏輯往往摻雜在一起。最後，快到那天晚上，我明白了，如果引進下述形式上的變換，論證就變得簡單，同時可以推斷，計算中正比於 CC’ 的項必須是“贗標量”：C–> C  C’–> – C’。

因為原先的實驗中沒有測量贗標量，因此它們與β衰變中宇稱守恆問題沒有關係。我因弄清楚這一點而十分高興，並在驅車回住所的當兒，向李政道解釋了這一切。

作為一種推論，我們也搞清楚了，能夠檢驗弱作用中宇稱是否守恆的實驗，必須包含有‘贗標量’的項。

有關宇稱不守恆的思想突破，不管是誰首先做出來的，但根據現有文獻資料可以確定的是，李楊第二次見面之前的某個時候，吳健雄已經加入了這項研究，在李楊諾貝爾獎論文發表之前就提出了用鈷 60 的β衰變實驗來驗證宇稱是否守恆問題的實驗思想和方法，並且首先獲得關鍵的實驗結果。

5

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計β衰變相關實驗，這是判斷吳健雄貢獻遠重要於其他實驗者和合作者的關鍵之處。

左：吳健雄漫畫文：“因為她精通β衰變，她知道如何尋找；因為她是如此細心的研究員，她用困難的實驗證實了費米的理論是正確的。許多人認為，吳健雄應該共享 1957 年諾貝爾物理學獎，但她沒有。” 繪畫：Rebecca Huang

右：費米教授（1901-1954）

1956 年 5 月上旬，在與李政道討論後，吳健雄提出了β衰變檢驗宇稱的實驗思想和方法，這應該是李政道和楊振寧 1956 年 6 月 22 日論文中所建議關鍵和的具體的實驗的思想來源，也應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後推動力，幾乎完全來自實驗方面。”

——李政道 《破缺的宇稱》 1986 年

1950 年代，吳健雄在哥倫比亞大學的實驗室，當時，她已是β衰變實驗領域的世界權威。

在 1945-1952 年間，我完全沉浸於β衰變的實驗研究，那是β衰變一個激動人心的時期。儘管從 1952 年開始，我的興趣慢慢離開了β衰變，但它依然像一個老朋友一樣在我內心深處。珍藏在我心中的一個特別位置。

1956 年初春的一天，當我的同事李政道教授來到我位於普平物理實驗室 13 樓的小辦公室時，這種感覺被再次點燃。

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

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

1996 年出版的江才健著作《物理科學的第一夫人——吳健雄》中寫道，吳健雄從 5 月 6 日已經開始積極思考和準備相關的實驗。

李政道和吳健雄是哥倫比亞大學物理系的同事，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，李政道有問題時也經常找吳健雄討論。

1948 年，22 歲的李政道第一次在哥倫比亞大學見到吳健雄時，她已是世界頂級的β衰變實驗權威，而他當時還是芝加哥大學的博士研究生。當時，吳健雄在實驗室向李政道介紹自己正在進行的β衰變實驗，實驗的結果是否定了科諾平斯基-烏倫貝克理論，與李政道的博士導師費米的理論吻合。

李政道表示同意，他說：“這很好，反正費米的理論一定是對的，我完全接受了她的結論。從此我與健雄建立起了長達半個世紀的非常親密的工作和私人關係。”

1956 年 5 月初，當李政道思考弱作用中宇稱守恆的問題時，他想到了弱作用實驗領域的 β 衰變專家吳健雄，並向她請教。他回憶道：

β衰變是一個有長久研究歷史的領域，那時已經有了大量可供利用知識。由於宇稱守恆一直是一個在所有分析中都不言而喻的假設，宇稱的概念被廣泛地應用，因此，需要非常慎重地去檢驗所有已經有的實驗事實，去看一看宇稱守恆是不是能夠推廣到β衰變。β衰變領域世界上最權威的專家之一是吳健雄，她的辦公室就在哥倫比亞大學比我的辦公室高几層的樓上。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 “紀念吳健雄”會議上發表演講，講述 1956 年 5 月初的一天，他從哥倫比亞大學物理系 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，同時也講了一下原因可能是宇稱不守恆。假如宇稱不守恆，β 衰變中一定可以做出結果的。怎麼去檢驗？ 那天我們討論了很多方案。用 Co-60 是健雄提出來的。我離開以後，她認為這是一個 “黃金機會”，也是對她的一個挑戰。因為這類實驗從來沒有人做過，雖然宇稱這個觀念在 β 衰變裡已經用得很多了，而且大家都以為宇稱守恆當然是對的，可是從來沒有被檢驗過。所以這個實驗是很難的，是一個挑戰。

1956 年我和楊振寧在理論上建議了宇稱不守恆，而實驗上的確定是健雄做的。

她的文章於 40 年前的（1957 年）2 月 15 日發表在《物理評論》（Physical Review）第 105 卷的第 1413 頁上。緊接著她的論文，加溫、萊德曼和溫裡克（M。 Weinrich）在第 1415 頁上發表了 π 的 μ 子衰變和 μ 子的電子衰變，得到了同樣的結論。在同一卷的第 1681 頁，還有特萊格迪（V。 Telegdi）和弗裡德曼（J。 Friedman）的文章，等等。在以後的半年之內，大概有幾百個這方面的實驗出來。

1972 年，吳健雄在發表於《實驗物理探險》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驗室第十三層我的辦公室。他先向我解釋“θ-τ 之謎”。他繼續說，如果θ-τ 之謎的答案是宇稱不守恆，那麼這種破壞在極化核β衰變的空間分佈中也應該觀察到：我們必須去測量贗標量（σ·p），p 是電子的動量，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衰變的贗標量（σ·p）資訊。以前所有的β衰變研究的基本上只是“標量”，比如β-光譜的形狀和強度或半衰期。”

兩人討論了多種實驗方案，包括β衰變實驗的可能性。5 月 6 日，吳健雄開始積極準備用衰變檢驗宇稱守恆的實驗。她回憶道：

……在李教授的訪問之後，我把事情從頭到尾想了一遍，對於一個從事 β 衰變物理的學者來說，去做這種至關重要的實驗，真是一個寶貴的機會，我怎麼能放棄這個機會呢？……那年春天，我的丈夫袁家騮和我打算去日內瓦參加一個會議，然後到遠東去。我們倆都是在 1936 年離開中國的，正好二十年了。我們已經預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實驗，在物理學界的其他人意識到這個實驗的重要性之前去做。於是我請求家騮讓我留下，由他一個人去。

……五月底，春季學期結束後，我開始認真準備這個實驗……9 月中旬，我終於去了華盛頓特區，第一次會見到了安伯勒博士……當實驗在華盛頓進行期間，為了教學和其他研究事務，我必須穿梭於華盛頓和哥倫亞大學之間。在聖誕節前夕，機場因大雪而關閉，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複的，而且很大。不對稱引數幾近於 -1。 李教授說非常好，這個結果正是中微子二分量理論所期望的。

李楊在有關宇稱問題的研究合作中的敘述雖有不同，但根據他們以及吳健雄的敘述和回憶，以及相關論文的內容的分析，應該可以確定以下事實：

1

1956 年 5 月 6 日之前，在李政道和吳健雄的第一次討論中，兩人就討論了β衰變中宇稱不守恆問題，以及在測量中需要考慮贗標量，而考慮贗標量的思想是李政道在 4 月與斯坦伯格的討論中提出的。吳健雄告訴他：已有的β衰變實驗中沒有關於宇稱守恆與否的實驗，因為測量中用的是二維標量，沒有用過三維贗標量；兩人討論了用贗標量在β衰變實驗中檢驗宇稱守恆的問題；從 5 月 6 日開始，吳健雄開始考慮並決定做這個實驗，她放棄了已訂好船票的暑假到歐洲和臺灣的訪問計劃；

2

1956 年 5 月中下旬，當李政道告知低溫下極化原子核技術時，吳健雄立即指出最好用鈷 60 作為β衰變放射源來檢驗宇稱守恆問題，而不是用核反應器產生的極化核或極化中子束；

3

根據江才健著《物理科學第一夫人——吳健雄》，1956 年 6 月 4 日，吳健雄打電話給國家標準局專家安伯勒，討論在低溫β衰變中檢驗宇稱守恆的實驗；7 月 24 日，吳健雄致信安伯勒，告知她已在液態氦極低溫度環境中探測衰變的實驗中，得到滿意效果，如果沒有其它突發技術問題，他們應該見面討論；但因為安伯勒在 8 月要休假兩週，因此，直到 9 月中旬，吳健雄才到華盛頓特國家標準局，第一次與安伯勒會面。

這些記錄表明：在與李政道討論的中，吳健雄基於李政道的想法，已經提出了 β 衰變檢驗宇稱守恆的具體實驗的思想和方法，這也是李楊 6 月 22 日論文中相關實驗方法的來源，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恆研究的時間，遠在李政道和楊振寧 6 月 22 日論文成文和投稿之前。

因此，吳健雄並不是在得知李楊 6 月 22 日論文完成後，才開始思考和開展 β 衰變相關實驗的，這說明吳健雄的貢獻遠重要於其他實驗者和合作者。

6

“用Co-60是健雄提出來的”

左：吳健雄設計的 β 衰變實驗方案  來源：李政道 1997 年 5 月 30 日 北京大學演講；左：楊振寧 1957 年 12 月 11 日 在瑞典科學院諾貝爾演講中的衰變實驗示意圖，稱這是他和李政道 1956 年夏天提出的實驗。來源：楊振寧 1957 年 12 月 11 日在瑞典科學院的諾貝爾演講

在 1957 年 2 月 15 日發表 Experimental Test of the Parity Conservation in Beta Decay 論文中，她以第一作者的身份，第一次用實驗否定了宇稱守恆定律，同時也否定了粒子-反粒子對稱的假設。對稱和守恆是物理學的基礎，但這兩個很重要的定律和假設都被健雄的實驗推翻了。所以，這是一個劃時代的實驗。

——李政道 1997 年 5 月 30 日 北京大學吳健雄紀念演講

吳健雄在宇稱不守恆發現中的關鍵貢獻，是提出並實現用鈷 60 作為β衰變放射源來檢驗弱作用中宇稱是否守恆的問題。

1956 年 5 月中下旬的一天，在布魯克海文實驗，李政道和楊振寧室遇見了物理學家哥德哈伯。當哥德哈伯聽說他們正在寫一篇論文時，就告訴他們英國牛津大學的科學家們已經能夠把原子極化。這個技術啟發了兩人在論文中提出的兩種實驗技術之一的關鍵技術，也應該是他們在 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，再次去向吳健雄請教β衰變的有關實驗問題。吳健雄問：是否有人提出用什麼具體的想法來做實驗？李政道說哥德哈伯提出過用極化原子技術來檢驗，吳健雄立即指出，最好是利用鈷 60 作為β衰變放射源來進行極化原子核實驗。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這個測試的想法。他說，有人建議用核反應器中產生的極化核或反應器中產生的一個慢中子束。然而，不知為什麼，我非常擔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，並以絕熱退磁方式極化它，這種方法的極化率可高達 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，π-μ，μ-e及奇異粒子衰變的一系列實驗。所有這些實驗的基本原理全部都一樣：安排兩套實驗裝置，它們互為映象且包含弱相互作用。然後檢查這兩套裝置儀表上的計數是否總是相同。如果讀數不同，就毫不含糊地證明左右對稱性不成立。此想法示於圖2，它描述用以檢驗β衰變中宇稱是否守恆的實驗。

這個實驗首先由吳健雄、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 年下半年著手進行而於今年初完成。實際的實驗裝置非常複雜。因為要消除外界干擾的影響，實驗必須在極低溫度下進行，把β衰變的測量和低溫裝置結合在一起是前所未未聞的，這是主要困難之一。這個難題被吳健雄她們成功解決了。這過去一年中關於宇稱問題的驚人重大發現，應歸功於她的勇氣和技巧。

1982 年，楊振寧在《吳健雄證明了宇稱不守恆》中寫道：

一種可能的做法是測量極化β衰變的方向分佈。但困難在於如何使核極化，而我和李政道都不知道當時已能透過低溫技術使核極化。後來，哥德哈伯、吳健雄等人談及這個問題，我們才知道有這樣技術，於是便提議：用鈷 60 來研究，可能是很合適的。

相比較於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，這可能是由於空間和時間的限制，楊振寧很可能沒有機會直接與吳健雄討論這方面的問題。而李政道因為和吳健雄同在哥倫比亞大學物理系，有更多的機會直接討論和交流。

在 1962 年 5 月 12 日出版的《紐約客》雜誌上，理論物理學家伯恩斯坦（Jeremy Bernstein 1929-）發表文章 “宇稱問題側記” 表明，楊振寧說他記不準在有關檢驗弱作用的實驗想法是怎麼得來的。文章寫道：

“回顧過去，像李-楊做出的發現，看起來容易，但對發現者來說就不一樣了。最近，我和楊討論了這一問題。他試著描述了一個人在這種情況下的心理過程……楊已記不准他和李要去檢驗過去有關弱作用實驗的想法是怎麼得來的了。但是他卻記得是什麼時候、在什麼地方。那是五月初，他剛剛駕車從厄普頓（布魯克海文實驗室所在地）到紐約訪問李。他把李從哥倫比亞大學的辦公室接上車……他們便去附近的白玫瑰咖啡館。他們坐下來開始討論。這時，他們忽然有一個想法。突然，他們明白了，應該去檢查一個又一個弱作用實驗的結果，去看一看有沒有任何有關宇稱不守恆的資訊。”

7

西格邦 1955 年出版 《β和伽馬射線光譜學》

左：凱·西格邦（K。 Siegbahn，1918-2007）瑞典物理學家， 1981 年諾貝爾物理學獎得獎者

右：1955 年出版的《β和伽馬射線光譜學》

1955 年由西格邦編輯出版的《β和伽馬射線光譜學》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，吃驚地發現已有的β衰變的結果和宇稱守恆與否並沒有關係；儘管宇稱守恆定律作為被科學界早已接受的普遍定律，但事實上在弱相互作用方面卻完全沒有實驗證據。他們終於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衰變的權威書籍借給我看。那時，楊和我對宇稱算符 P 的實質意義都還不清楚……

楊和我開始系統地用推廣的宇稱不守恆作用對所有已知的β衰變現象進行研究。我們很快讀完西格邦的書，經常保持電話聯絡。我們花了兩個星期的時間完成了全部的β衰變分析……

最後，我們讀到西格邦書結尾，用這一新的相互作用重新推導了全部老公式，到那時就清楚了，並不存在任何一個證據，證明β衰變中宇稱是守恆的。我們又會合在一起校對計算手稿。在討論中我們認識到我們是多麼愚蠢，為什麼那些複雜的Ci*Cj’、干涉項互相消去，這應該有一個非常簡單的理由。當我們停止計算、開始思考，在非常短的時間裡事情就清楚了，不存在證據的理由是一個簡單事實，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贗標物理量！

在 1957 年 12 月 11 日諾貝獎頒獎禮的演講中，楊振寧講述當時的思想狀態：

在並沒有實驗支援的情況下，長期以來，人們竟錯誤地相信弱相互作用中宇稱守恆，這個事實本身就是令人吃驚的。然而，更令人吃驚的是，物理學家如此充分了解的一個空間時間對稱定律可能面臨破產。我們並不喜歡這種可能。我們是由於試圖理解 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上，1956 年 5 月底，李政道和楊振寧決定應該在弱相互作用中用贗標量去檢驗宇稱是否守恆，兩人準備撰寫一篇論文。

8

“吳實驗”（Wu Experiment）

吳（健雄）向李（政道）建議：不要用產生於反應器的極化核，或者是產生於反應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 65%。”在當時不能保證宇稱可能不守恆的情況下，吳決定自己來這個實驗……

1956 年 6 月 4 日，吳打電話給國家標準局的歐內斯特·安伯勒，他熱情地接受了她的提議：利用標準局的原子核專家和裝置做這個實驗。

——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衰變實驗的放射源後，吳健雄需要有低溫裝置的實驗室，因為她設計的實驗需要低溫物理實驗裝置。

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

28 歲的加溫當時工作於 IBM 設在哥大的華生實驗室，他既是 IBM 的高階研究員和技術主管，也是哥倫比亞大學物理系的年輕教授。1946-1949 年，加溫和李政道、楊振寧均在芝加哥大學攻讀博士。加溫是費米的實驗物理博士生，21 歲獲得博士學位。費米曾說：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計者。

也許，更為有趣和重要的是，1957 年 1 月 5 日，在獲知吳健雄實驗組的最初結果後，加溫和同事萊德曼立即動手做李-楊論文中建議的第二個實驗，並在四天後獲得結果，成為第二個證實宇稱不守恆的實驗，兩篇論文同時發表在 2 月 15 日的《物理評論》上。不過加溫和萊德曼從未認為自己的貢獻比吳健雄更重要。四十年後，1997 年 3 月，69 歲的加溫還在《自然》撰文，稱讚吳健雄在宇稱不守恆發現中的原創性貢獻。

1956 年 5 月底，當吳健雄表示希望加溫和她共同來合作驗證宇稱守恆的實驗時，加溫正在領導 IBM 的一個 100 多人團隊的超導計算機的研究計劃。他表示沒有時間和她合作，但建議吳健雄與華盛頓國家標準局的科學家合作，那裡有低溫技術專家和可進行原子核極化的低溫實驗室可進行原子核極化實驗。於是，吳健雄找到了位於華盛頓特區的國家標準局。

1956 年 6 月 4 日，吳健雄在紐約哥倫比亞大學辦公室，打電話給華盛頓特區的國家標準實驗室的歐內斯特·安伯勒，邀請他共同進行檢驗β衰變中宇稱是否守恆的實驗。吳健雄在電話中向安伯勒講述了她的實驗構想。安伯勒問：這個實驗的β衰變效應會顯示出很會大的不對稱效應嗎？吳健雄說應該會。

安伯勒是一位低溫物理學家，1956 年 33 歲，兩年前在英國牛津克萊文登實驗室獲得博士學位，由此，他成為 1956 年國家標準局參與 b 衰變實驗的負責人。1988 年，安伯勒已經是國家標準局局長，他在官方口述歷史中回憶，自己當時是一個初出茅廬的新手，還不知自己未來對物理學的貢獻會在哪裡，對於哥倫比亞大學資深物理學家的合作邀請，感到榮幸。

之後，吳健雄與安伯勒進行了多次電話交流，同時，安伯勒也在徵求國家標準局主管同意，在國家標準局開展這項實驗。6 月 22 日之後，吳健雄還將李-楊論文預印本寄給了安伯勒。7 月 24 日，吳健雄致信安伯勒，告訴他自己已經在為液氦極低溫環境中探測β衰變實驗的準備，建議兩人會面討論，但因安伯勒在 8 月要休假兩個星期，他們第一次會面是在 9 月中旬。在此期間，吳健雄再次找加溫合作，加溫太忙，仍建議她與國家標準局專家合作，進展會更快，儘管在紐約和華盛頓間往返會勞累一些。

在吳健雄積極準備實驗時，李政道楊振寧的論文已在物理界傳播，但當時絕大多數同行對宇稱可能不守恆持相當的懷疑。

第一個做實驗的是吳健雄。第二個是芝加哥大學的特萊格迪教授（V。L。 Telegdi）——1956 年 8 月，他在列昂哪·馬歇爾（Leona Marshall）的辦公桌上看到李-楊論文的預印本，於是他的實驗組按李-楊論文中建議的另一個方案做實驗，其間他回到歐洲兩個月，處理家庭事務，1957 年 1 月，在獲知吳健雄實驗組的最初結果後，匆忙寫成論文，成為第三篇證實宇稱不守恆的論文。特萊格迪也曾對於自己未能率先發表結果而耿耿於懷。

9 月中旬，吳健雄第一次來到國家標準實驗室與安伯勒會面。安伯勒帶她參觀實驗室，介紹她認識後來密切合作的同事們。經過短暫的磨合後，吳健雄和國家標準局的四位科學家組成實驗組。在實驗進行過程中，吳健雄在哥倫比亞大學還有教學和研究工作，因此，在華盛頓做實驗期間，她基本上每週穿梭於國家標準局和哥倫比亞大學之間。

在 1962 年 5 月 12 日《紐約客》發表的文章《宇稱問題側記》中，傑米·伯恩斯坦寫道：在讓實驗物理學家們去做工作之前，李和楊除了等待之外不能做什麼事……■

參考文獻

［1］李政道： 吳健雄和宇稱不守恆實驗  2015。12。09。 賽先生

［2］江才健 著 《物理科學的第一夫人》 復旦大學出版社 1997。3

［3］季承 柳懷祖 滕麗 編 《宇稱不守恆發現之爭論解謎 – 李政道答《科學時報》記者楊虛傑問及有關資料》 2003。4

［4］江才健 著 《規範與對稱之美——楊振寧 傳》 臺灣天下遠見出版股分有限公司 2002。10

［5］《楊振寧文集 傳記 演講 隨筆》 華東師範大學出版社 1998。4

［6］National Medal of Scienct  Chien-Shiung Wu （1912-1997） https：//www。nsf。gov/news/special_reports/medalofscience50/wu。jsp

［7］Massive Science： Meet Chien-Shiung Wu， the nuclear physicist who developed revolutionary experiments

https：//massivesci。com/articles/chien-shiung-wu-manhattan-project-nuclear-physics-nobel-prize/

results。

［8］National Woment‘s Hall of Fame Chien-Shiung Wu：

https：//www。womenofthehall。org/inductee/chienshiung-wu/

［9］科學春秋：李政道楊振寧遭遇冷處理：60年前中國人第一次獲諾獎

https：//mp。weixin。qq。com/s/E4kKXPTQFS7GrDfxpV8Bqw 1/35

［10］Oral History Program Ernest Amber interview Karma Beal  July 7， 1988

［11］Thirty Years Since Parity Nonconservation  ——  A Symposium for T。D。Lee  Edited by Robert Novick    Boston： Basel： Birkhauser 1988

［12］Magdolna Hargittai： Credit where credit’s due？  13 Sep 2012  Physics World

［13］Chen-Ning Yang：  Weighing in on Wu’s legacy    Dec 2012  Physics World

［14］CNN：Postal service honors Japanese American vets and a Chinese American scientist with new stamps https：//www。cnn。com/2020/12/08/us/postal-service-asian-american-stamps-trnd/index。html

［15］1。 National news Nov。 17， 2020  Hello， 2021

［16］U。S。 Postal Service Announces Upcoming

Stampshttps：//about。usps。com/newsroom/national-releases/2020/1117-usps-announces-upcoming-stamps。htm

［17］Physics： CHIEN-SHIUNG WU FEATURED ON USPS FOREVER STAMP

［18］USPS： National News： Nuclear Physicist Chien-Shiung Wu to be Honored on a U。S。 Postal Service Commemorative Forever Stamphttps：//about。usps。com/newsroom/national-releases/2021/0201ma-nuclear-physicist-chien-shiung-wu-to-be-honored-on-forever-stamp。htm

［19］USPS： Chien-Shiung Wu Commemorative Forever® Stamp https：//about。usps。com/newsroom/events/chien-shiung-wu-commemorative-forever-stamp-ceremony。htm

本文 2021 年 2 月 20 日首發於《知識分子》（ID：

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