美籍華裔女物理學(xué)家吳健雄的主要成就有哪些

科學(xué)研究

吳健雄為世界現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展作出了杰出的貢獻(xiàn)，她在博士在讀期間就參加了制造原子彈的“曼哈頓計(jì)劃”，解決了連鎖反應(yīng)無(wú)法延續(xù)的重大難題，被人們稱為“原子彈之母”。她還驗(yàn)證了著名的“弱相互作用下的宇稱不守恒”和“β衰變中矢量流守恒定律”，并先后獲得了各國(guó)政府及世界著名大學(xué)頒發(fā)的榮譽(yù)、學(xué)位和獎(jiǎng)勵(lì)等，成為名副其實(shí)的“世界物理女王”。

科學(xué)貢獻(xiàn)

1.1957年用β衰變實(shí)驗(yàn)證明了在弱相互作用中的宇稱不守恒。

1956年之前，吳健雄已因在β衰變方面所作過(guò)的細(xì)致精密又多種多樣的實(shí)驗(yàn)工作而為核物理學(xué)界所熟知。1956年李政道、楊振寧提出在β衰變過(guò)程中宇稱可能不守恒之后，吳健雄立即領(lǐng)導(dǎo)她的小組進(jìn)行了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，在極低溫(0.01K)下用強(qiáng)磁場(chǎng)把鈷-60原子核自旋方向極化(即使自旋幾乎都在同一方向)，而觀察鈷-60原子核β衰變放出的電子的出射方向。

他們發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)電子的出射方向都和鈷-60原子核的自旋方向相反。就是說(shuō)，鈷-60原子核的自旋方向和它的β衰變的電子出射方向形成左手螺旋，而不形成右手螺旋。但如果宇稱守恒，則必須左右對(duì)稱，左右手螺旋兩種機(jī)會(huì)相等。因此，這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了弱相互作用中的宇稱不守恒。由此，在個(gè)物理學(xué)界產(chǎn)生了極為深遠(yuǎn)的影響。

2.1963年用實(shí)驗(yàn)證明了核β衰變?cè)谑噶苛魇睾愣?/p>

吳健雄對(duì)β變的一系列實(shí)驗(yàn)工作，特別是1963年證明的核β衰變中矢量流守恒定律，是物理學(xué)史上第一次由實(shí)驗(yàn)定實(shí)電磁相互作用與弱相互作用有密切關(guān)系，對(duì)后來(lái)電弱統(tǒng)一理論的題出起一重要作用。

3.在β衰變研究在的其他貢獻(xiàn)

關(guān)于β衰變的研究對(duì)原子核物理和粒子物理的發(fā)展具有極重要的意義。吳健雄從事這一專門領(lǐng)域的研究多年，被公認(rèn)為是這方面的權(quán)威。證實(shí)了β譜形狀的源效應(yīng)，澄清了早期β衰變理論中的一些錯(cuò)誤，支持了費(fèi)米理論。對(duì)β衰變的各種躍遷，特別是禁戒躍遷的全部級(jí)次進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，豐富和完善了β衰變的理論。對(duì)雙β衰變的研究。

1970年，吳健雄等報(bào)道了一次在美國(guó)克里夫蘭附近的一個(gè)600余米深的鹽礦井內(nèi)進(jìn)行的48Ca雙β衰變則實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)選在深礦井內(nèi)是為了盡量減少宇宙線的背景輻射。

4.關(guān)于量子力學(xué)的基本理論方面的實(shí)驗(yàn)

吳健雄1935年愛(ài)因斯坦、波多爾斯基、羅森發(fā)表了一篇論文，對(duì)哥本哈根學(xué)派創(chuàng)立的量子力學(xué)描述的完備性提出了疑問(wèn)，他們的看法可歸結(jié)為一個(gè)佯謬。由于對(duì)量子力學(xué)關(guān)于物理量可測(cè)度性及幾率概念的認(rèn)識(shí)有不同看法，愛(ài)因斯坦始終認(rèn)為應(yīng)當(dāng)有一種理想的、確定的、對(duì)物理實(shí)質(zhì)有完備敘述的理論出現(xiàn)以代替目前的量子力學(xué)數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，因而導(dǎo)了后來(lái)有“隱變量理論”的出現(xiàn)，即認(rèn)為量子力學(xué)中的“概率”乃是對(duì)某些目前未知的“隱變量”作某種平均的結(jié)果。

因此，幾十年來(lái)有一些物理學(xué)家企圖尋覓這些“隱變量”以建立新的、完備的量子力學(xué)，但均未成功。而另一些物理學(xué)家則否認(rèn)有這些“隱變量”存在，事實(shí)上已有人證明在希爾伯特的某些條件下，目前的量子力學(xué)的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)是不容隱變量存在的。

吳健雄等早在1950年就發(fā)表了一篇關(guān)于“散射湮沒(méi)輻射的角關(guān)聯(lián)”的文章，實(shí)驗(yàn)表明具有零角動(dòng)量的正、負(fù)電子對(duì)湮沒(méi)后發(fā)出的兩個(gè)光量子，如狄拉克理論所預(yù)料，將互成直角而被極化，也證明正電子與負(fù)電子的宇稱相反，說(shuō)明與目前的量子力學(xué)并無(wú)矛盾。1975年吳健雄等又發(fā)表了一篇題為“普頓散射的湮沒(méi)光子的角關(guān)聯(lián)以及隱變量”的文章，報(bào)道他們測(cè)得的在一很寬的散射角范圍內(nèi)到達(dá)符合的康普頓散射光子的角分布，其結(jié)果與假設(shè)電子與正電子有相反的宇稱為前提而得到的標(biāo)準(zhǔn)的量子力學(xué)計(jì)算相符。

J.S.貝爾(Bell)在1964年曾對(duì)任何局部隱變量理論所能預(yù)言的角分布取值圍作了限定，而吳健雄等所觀察到的角分布在假設(shè)通常的量子力學(xué)康普頓散射公式是正確的前提下并不符合貝爾的限定，這樣也就再次對(duì)局部隱變量理論作了否定，從而在更高程度上支持了量子力學(xué)的正統(tǒng)法則。

5.μ子、介子和反質(zhì)子物理方面的實(shí)驗(yàn)研究

從60年代中期開(kāi)始的10年間，吳健雄集中力量從事這一中、高能物理領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)工作。發(fā)表了大量論文，有不少工作富有首創(chuàng)性和很高的學(xué)術(shù)價(jià)值。

μ子物理方面的工作包括：Sn，Nd，W等元素的μ子X(jué)射線的同位素移的測(cè)定;209Biμ子X(jué)射線的磁偶極和電四極矩超精細(xì)相互作用的研究;近10種μ子原子中核γ射線的測(cè)定等。

介子和反質(zhì)子物理方面的工作主要是利用布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的交變梯度同步加速器產(chǎn)生的強(qiáng)大的K-，Σ-和粒子流，以高分辨率Ge(Li)探測(cè)器為工具，用奇異原子方法準(zhǔn)確地測(cè)定了這些粒子的質(zhì)量和磁矩。

6.穆斯堡爾效應(yīng)的測(cè)量及其應(yīng)用方面的工作

在1958年發(fā)現(xiàn)穆斯堡爾效應(yīng)之后，吳健雄就開(kāi)始對(duì)它進(jìn)行深入研究。他們專門研制了一種閉環(huán)氦致冷器用于低溫穆斯堡爾效應(yīng)研究，其溫度控范圍為20—300K，對(duì)于放射源或庫(kù)侖激發(fā)源均可使用。他們用庫(kù)侖激發(fā)后產(chǎn)生的穆斯堡爾效應(yīng)，分別測(cè)量了鎢同位素(182，184，186W)和鉿同位素(176，178，180Hf)的第一激發(fā)2+態(tài)中的電四極矩的比率，并與轉(zhuǎn)動(dòng)模型所預(yù)期的結(jié)果作了比較。

在1978年，他們進(jìn)一步用一個(gè)3He/4He稀釋致冷器使穆斯堡爾測(cè)量得以在低至0.03K的溫度下進(jìn)行，以研究氧高鐵血紅素的磁性質(zhì)與弛豫特性，結(jié)果表明在約0.13K時(shí)該血紅素進(jìn)行磁躍遷;利用這一裝量還在諸如收體溫術(shù)、弛豫效應(yīng)、與溫度有關(guān)的超精細(xì)場(chǎng)的研究等方面進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)，得出了許多有意義的結(jié)果。

7.其他實(shí)驗(yàn)工作

吳健雄在實(shí)驗(yàn)核物理方面的研究工作涉及面廣。她尤其注意實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷改進(jìn)，曾對(duì)多種核輻射測(cè)器的開(kāi)發(fā)、改進(jìn)做出了貢獻(xiàn)，例如薄窗蓋革計(jì)數(shù)器、某些塑料閃爍探測(cè)器、Ge(Li)半導(dǎo)體探測(cè)器等。至于所涉足的實(shí)驗(yàn)工作，較早斯完成的有某些方射性同位索的分析，慢中子速度譜儀研究(多種材料)，中子在正氫和仲氫中的散射以及核力范圍的探討，在氣體中形成電子偶素時(shí)電場(chǎng)影響的研究，延遲符合技術(shù)用于測(cè)42Ca和47Sc的激發(fā)態(tài)的壽命，中子與3He的相互作用的研究，高能級(jí)發(fā)出的內(nèi)轉(zhuǎn)換譜線的觀察、對(duì)正電子譜及正電子湮沒(méi)的研究等等。

論文著作

1934年，撰寫(xiě)了《證明布喇格定律》論文。

1950年就發(fā)表了一篇關(guān)于“散射湮沒(méi)輻射的角關(guān)聯(lián)”的文章。她與S.A.茲科夫斯基(Moczkowski)合著有《β衰變》一書(shū);在K.西格邦(Siegbahn)所編《α-，β-和γ-射線譜學(xué)》一書(shū)中，吳健雄也是關(guān)于β衰變和β相互作用部分的撰稿人。前面所述兩項(xiàng)主要學(xué)術(shù)成就實(shí)際上也都與β衰變研究直接有關(guān)。

1975 年，吳發(fā)表了“普頓散射的湮沒(méi)光子的角關(guān)聯(lián)以及隱變量”的文章。

1992年，南京大學(xué)出版社出版了其論文演講集《半個(gè)世紀(jì)的科學(xué)生涯》。