Medan de flesta av oss kommer att ringa in det nya året med familj och vänner, vetenskap inte ta en semester. Och det gör inte heller de forskare som är ansvariga för stora pågående experiment. En av de mer kända historiska exemplen på detta är de fall av fysiker Chien-Shiung Wu—ofta kallad “Madame Wu”—som gav upp på semester med sin make i 1950-talet för att bevisa att naturen är något med vänster hand.
Fysiker hade länge tänkt att, när det gäller att fysikens lagar, naturen har inga preferenser när det kommer till höger över vänster. Det innebär att vår värld skulle vara ganska mycket identisk med sin spegelbild. Det är en form av symmetri. Matematiskt, det som kallas paritet, och det bör bevaras i alla subatomära processer. Och det är, åtminstone för elektromagnetism och den starka kärnkraften. Valfritt antal experiment hade visat att det var så.
Men 1956, två Kinesisk-Amerikansk teoretiker lämnat in en kort papper till Physical Review journal, ifrågasätter om paritet skulle bevaras i svag kärnkraft interaktioner. Tsung-Dao Lee och Chen Ning Yang ens hade några idéer för hur man kan testa sin hypotes experimentellt, och övertygad om att Wu—som specialiserat sig på svaga växelverkan experiment vid Columbia University—att arbeta på projektet.
Wu i sin tur samarbetar med fysiker vid vad som då var National Bureau of Standards, i Washington, DC, eftersom de just hade rätt utrustning för att göra de nödvändiga precision mätningar. (Det är nu känt som National Institute of Standards and Technology.)
Den kritiska experiment har utförts på NBS mellan Jul och nyår, 1956—mest för att Wu insåg precis hur fundamentalt viktigt att de var benägna att vara, och hon ville slå alla andra för att punsch.
Sponsrade
Hon var tänkt att följa med sin make till Kina; de hade bokat passage på Drottning Elizabeth och allt. Istället, hon stannade kvar och arbeta på experiment, och hennes man åkte till Kina utan henne.
Wu och hennes kollegor använde sig av kobolt-60 atomer som hölls i magnetiska fält vid mycket låga temperaturer. Kobolt-60 kärnor som har en naturlig spin—quantum motsvarande rörelsemängdsmoment, ungefär som en liten snurra gyroskop, förutom att det är mer en egenskap hos partikeln, snarare än en faktisk spin. De släpper också ut beta-partiklar som de förfalla. Tanken var att använda magnetfält för att orientera kärnorna så att alla snurrar gick i samma riktning, och sedan räkna hur många elektroner var avges upp och ner som den kärnor sönderfallit. Om paritet var bevarad, det ska vara lika många av varje.
Till allas förvåning, fanns det inte lika många av beta-partiklar som släpps ut i båda riktningarna. Naturen, tycks det, är “en semi-ambidexter southpaw”, som visar en viss förkärlek för vänster. Wu fångat den sista tåget tillbaka till New York på Julafton—det hade snöat kraftigt och flygplatser var stängda—att rapportera sin första resultaten att Lee, berättar för honom att “den observerade symmetri var reproducerbara och stora.”
Hösten paritet var en så viktig och spännande resultat, en del fysiker trodde inte på det först. Wolfgang Pauli påstås utbrast: “Det är totalt nonsens!” när han hörde talas om det. Det var bråttom att replikera experimentet, och dessa resultat bekräftas bortom allt tvivel att det verkligen var ett brott mot paritet bevarande. Även Pauli var övertygad om.
Lee och Yang fick Nobelpriset i Fysik nästa år. I vad som allmänt uppfattas inom fysik gemenskapen som en orättvisa, Madame Wu var inte inkluderat i priset, trots att det var hennes experimentell kompetens som hjälpte visat Lee och Yang hypotes att vara korrekt.
Hon hade en ganska stellar vetenskapliga karriär ändå. Och hon hade definitivt en hel del att fira när hon ringde in det Nya Året med nästan 60 år sedan.
Referenser:
Lee, T. D., och Yang, C. N. (1956) “Fråga i paritet bevarande i svaga interaktioner”, Physical Review 104(1): 254-258.
Wu, C. S. et al. (1957) “Experimentell test av paritet bevarande i betasönderfallet,” Physical Review 105(4): 1413-1415.
Bilder: (överst) Acc. 90-105, Science Service, Register, från 1920-till 1970-talet, Smithsonian Institution Arkiv. (längst ner): 1956 Wu experiment. Kredit: A.V. Austin/Bureau of Standards. Public domain.