杰出物理学家吴健雄——纪念吴健雄先生诞辰110周年
郑志鹏
中国科学院高能物理研究所
1912年5月31日，吴健雄出生，恰逢他诞辰110周年。值此吴先生诞辰110周年之际，谨写此文杰出的中国物理学家，弘扬吴先生对世界科学的杰出贡献，追忆与她一起的往事，缅怀她为我国高能物理发展做出的贡献，并纪念这位曾经被誉为东方居里夫人的杰出物理学家。
01
非凡的生活
吴健雄先生出生于江苏省苏州市太仓县的一个书香世家。父亲吴忠义学识渊博，彬彬有礼，重视子女的教育，反对当时轻视妇女的社会习俗，主张男女平等，认为女孩也有受教育的权利。于是他把女儿吴建雄送进小学、中学，像男孩一样教育她，让她从小就受到了良好的教育。她的父亲对她的一生影响很大。
1923年，吴健雄在家乡读完小学，考入苏州第二女子师范学校。 1927年以优异的成绩从师范毕业，并在一所小学任教。两年后，她以优异的成绩考入南京中央大学数学系，一年后转入物理系学习自己喜欢的物理专业。
大学毕业后，她先在中央研究院工作一年，后于1936年赴美留学。原定前往密歇根大学，后来在加州大学参观了劳伦斯发明的回旋加速器，伯克利。受劳伦斯影响，他转学至伯克利分校，师从著名核物理学家、诺贝尔物理学奖获得者埃米利奥。 ·塞格雷教授。 1940年获得物理学博士学位。随后在史密斯学院和普林斯顿大学工作。 1942年，与袁家骝结婚。主礼嘉宾是加州理工学院诺贝尔物理学奖获得者密立根教授。同年她参加了曼哈顿计划。 1944年，他在哥伦比亚大学工作直至退休。在美国学习和工作期间，她始终思念祖国和亲人，关心祖国的发展。
1973年10月，她和丈夫袁家骝回到阔别37年的祖国，受到周总理的亲切接见。周总理让他们帮忙分析云南站发现的宇宙线案例，并对陪同参观的高能物理研究所所长张文宇先生说：“我们一定要拿出一个高能加速器预制方案”尽快地。”此后，她与袁家骝多次回国访问、讲学，并曾受到邓小平同志的接见。他们参观了中国科学院及其所属研究所、吴建雄家乡的多所大学和中小学。他们多次访问高能物理研究所，参观了北京正负电子对撞机和北京光谱仪。他们为祖国的快速发展感到兴奋，也向中国领导人建言献策，为祖国发展科教、培养人才提出许多建议。他们还捐款设立教育基金，促进教育事业的发展。从他们身上我们看到了一对海外华人的爱国情怀。
02
杰出科研成果
吴健雄先生在物理学方面做出了许多贡献，其中最著名的就是她进行的60Co贝塔衰变实验。这个实验证实了李正道和杨振宁先生早先提出的弱相互作用下宇称不守恒理论。正是因为这一理论被吴健雄的实验（1956年底）所证实，李政道和杨振宁才获得了1957年的诺贝尔物理学奖。然而，吴建雄先生的名字并没有出现在获奖名单中，因此受到了物理学界的广泛关注，很多人都深感不公平。一种解释是，诺贝尔奖仅限于三人，而美国国家标准局低温组的另外三人也参与了吴建雄的实验，所以不平衡。大多数人不同意这种说法。因为参与实验的四个人中，谁是实验的提出者、方案的设计者、实验的主持人？答案很明确，就是吴建雄先生，她是实验的灵魂人物。如果要选一个人来代表这个实验，那就是吴健雄。李宗道、杨振宁、吴健雄加入不是正好吗？但历史事实却并非如此。后来，包括李政道在内的多位诺贝尔奖获得者提名吴健雄先生获得诺贝尔物理学奖，但始终未能成功。为什么会造成这样的遗憾呢？诺贝尔奖评选时考虑了什么？这个问题只能等到诺贝尔奖解密了。
吴健雄先生在物理学方面也有许多重要成就。当她参加曼哈顿计划时，她发现铀裂变会产生氙。她对氙的中子吸收截面进行了深入研究，这对于原子弹的成功制造极为关键。她是β衰变研究领域的权威，并用可靠的实验数据确定了费米理论的有效性。正确性；她和合作者发现弱相互作用和电磁相互作用都具有4.7倍的磁矩异常，启发了未来粒子物理标准模型电弱统一理论的建立。吴先生还是mu型原子物理研究的先驱和无中微子双β衰变研究的先驱。
总之，吴建雄先生的实验研究工作广泛而深入，以创新的思想、严谨的作风、准确可靠的数据享誉科学界。李政道先生评价她为20世纪最杰出的物理学家之一。她在实验物理研究方面取得了巨大成就，对推动当代物理学的发展发挥了极其重要的作用。
03
关心祖国科学教育，推动我国高能发展
吴健雄和丈夫袁家骝虽然长期在美国工作和生活，但他们仍然怀念中国科学教育的发展。周总理和邓小平会见他时，他就如何发展国内科学教育、如何培养人才提出了许多中肯的建议（图1）。他还阐述了重视基础科学、建立我国高能物理实验基地的建议。
经过认真思考和研究留学之路，1977年，夫妇俩和李政道先生写信给时任高能物理研究所所长张文宇先生，提出我国高能加速器建设应选择省钱的方案并且有丰富的身体目标。 1981年初，由于国民经济调整，87号工程，即40GeV高能质子加速器的建设停止。吴建雄夫妇听说后十分着急，与李政道商量如何推进我国高能物理实验基地建设。他们建议中方立即派专家赴美谈判。不久，高能所朱洪元、谢家林赴美国，与李正道、潘诺夫斯基、吴建雄、袁家骝及美国几个高能物理实验室的专家举行会议，共同探讨高能物理的前景。中国高能物理（图2）。会后一致认为，在中国建设2×2.2 GeV正负电子对撞机是最佳解决方案。成本仅为1987 的三分之一，物理窗口内容丰富。还可进行同步辐射应用研究，达到一机两用的效果。朱洪元和谢加林征求了中国赴美学者的意见，得到的答复是“基本同意这个方案”。回国后，他们向国内同事征求意见，得到的答复大多是好评。最终，经过多方努力，特别是李政道、邓小平、方毅的频繁沟通，该方案终于获得批准。
图1 1973年10月周恩来总理会见吴健雄、袁家骝教授
图2 朱宏远（右三）、谢家林（右一）、吴健雄（右二）、威尔逊（右四）等在美国讨论中国高能加速器计划
1981年12月，邓小平对向中国科学院提交的北京正负电子对撞机建设计划文件作出如下指示：这个工程已经达到这个水平，不能中断。他们提出的政策更加实际、可行。我同意并且不会继续这样做。犹豫。
小平同志的最终决策，结束了我国高能加速器“七起七落”的坎坷历史，为我国高能物理发展翻开了新的一页。李政道、吴健雄、袁家骝在我国高能对撞机的发射过程中发挥了重要作用。北京正负电子对撞机于1984年动工，1988年竣工，历时四年。在此期间，吴建雄夫妇一直关心和支持北京正负电子对撞机项目的建设。
04
参观高能所并关心基地建设
1984年以来，吴健雄、袁家骝多次到高能所参观。我参加了两次招待会。我记得一次是1986年，一次是1988年，两次都是在北京正负电子对撞机工程建设期间。
当我第一次近距离见到这两位我仰慕已久的世界著名物理学家，聆听他们的谈话时，我非常激动。
他们和蔼可亲、谦虚平和的态度和对祖国科学事业的真诚关心给我留下了深刻的印象。吴建雄先生操着苏州口音，说话轻声细语，而袁家流先生操着北方口音，声音很大。为了表达准确，他们在谈论某些专业术语时使用英语。当叶明翰先生（时任高能所所长）和谢家林先生（时任对撞机项目经理）向他们介绍对撞机项目的进展时，他们听得很认真，还不时提出问题，比如：如何保证项目进度？你有足够的资金吗？
谢家林先生回复说，我们严格执行CPM（关键路线控制）计划，每周检查一次。同事们对工作充满热情。为了按时完成任务，高能量的办公室里很多人经常加班加点，节假日也不休息。为了保证加工质量，我们的一些研究人员长期驻扎在生活条件艰苦的地方的工厂。这样既保证了进度，又保证了质量。吴健雄表示，大家做项目都很辛苦，只有能吃苦，才能取得成功。
叶明翰表示，对撞机项目得到了国家的支持，有数千人参与该项目。四人项目领导团队发挥了很好的协调、管理和调度作用。虽然项目资金紧张，但我们在保证质量的同时尽量避免超支。在工程领导组的协调下，工厂只收取成本费，节省了大量资金。
会议结束后，大家愉快地合影留念。随后参观了对撞机、光谱仪和同步辐射实验室（图3）。参观过程中，吴健雄、袁家骝饶有兴趣，经常提出专业性很强的问题和建议。大家向一位实验物理学家（吴建雄）和一位加速器与探测器专家（袁家流）学习。真才实学。当他们得知加速器、光谱仪、同步辐射等主要部件都是中国生产时，非常高兴，对我们自力更生的精神表示赞赏。
图3 吴健雄、袁家骝参观对撞机磁体
1988年10月又召开了一次会议，参加人员包括高能所新领导班子、工程管理人员以及总工程师（图4）。当吴建雄和袁家六从讨论中得知对撞机和能谱仪项目建设基本完成，加速器正在调试束流，力争早日实现正负电子对撞时，他们非常高兴，纷纷表示恭喜。我记得吴健雄说，选择正负电子对撞机是因为它相对便宜，物理靶材丰富，但也有挑战。也就是说，其技术难度比命中固定目标的加速器要大得多。当时，他有些担心。你们现在通过努力攻克了各种技术难关，这是令人惊奇的，值得祝贺的。
图4 1988年的一次会议。第一排左起：谢家林、叶明翰、袁家骝、吴健雄、方守贤、郑林生。后排左起李德忠、郑志鹏、王进、王迪、石寅生、徐绍旺、马同军、陈森宇、张岩、王恒久
会议结束后不久，即1988年10月16日，对撞机成功地进行了电子和正电子对撞，我们立即把这个消息告诉了他们。他们当然很兴奋，这是他们等待已久的结果。
三十多年后的今天，北京正负电子对撞机（BEPC）和北京谱仪（BES）不断升级改造，现已成为世界八大高能实验室之一，在该领域不断进步τ-粲物理研究。取得了世界一流成果，在高能物理界占有一席之地。饮水思源，我们永远不会忘记中国高能物理基地开拓者李正道、吴建雄、袁家骝的功绩。
05
一次难忘的会议
1992年5月31日，中国当代物理学家聚会在北京钓鱼台国宾馆举行。这是一次历史性的盛会，共有300多名国内外老、中、青年物理学家齐聚一堂。我很荣幸参加这次会议。我看到了台湾的老一辈物理学家严继慈、赵忠尧、周培元、王淦昌，美籍华裔物理学家李政道、杨振宁、吴健雄、袁家骝、任志工、谷毓秀、朱敬武、吴大猷。会议由朱光亚、李政道主持，严继慈、赵忠尧、周培源、吴大猷、吴建雄、任志功、王德昭、王淦昌等先后发言。他们讲述了自己的人生经历、对科学的执着追求、取得的科学成就，给与会者留下了深刻的印象。会议休息期间，全体与会人员受到了当时的江泽民等国家领导人的接见，并合影留念。
会后还组织了一些活动，老一代科学家与与会的中青年代表进行了会面。很荣幸能与吴建雄见面并交谈（图5）。当她看到我握手时，她问：“对撞机和光谱仪怎么样？”我回答说：“对撞机很亮，光谱仪运行良好，中美物理学家刚刚完成了tau轻子质量的研究测量实验”。她说：“我听李政道提到了这个实验，它证实了轻子的普遍理论，这非常重要。”随后，她与下一位高能所张闯同志握手聊天，详细询问了BEPC的运行情况。当得知BEPC碰撞已达到设计指标并实现稳定高效运行时，她连声说：“好。好！”
图5亲切会见（吴健雄（左一）、郑志鹏（右二）、张闯（右一））
茶歇时，我和吴老师又见面了，继续聊天。她问我：“你为什么想到做 tau 轻子质量测量实验？”我说，“在20世纪80年代后期，根据当时国际权威PDG（粒子数据组）给出的质量值，我们发现tau轻子是μ介子的弱耦合常数，不等于μ介子的耦合常数。轻子，即轻子普遍性假设可能被违反，我们决定在北京光谱仪上重新测量tau轻子质量。”她问你用什么方法？我回答说：“用能量扫描的方法逐渐接近τ的生成阈值，这与通常测量生成截面的拟合方法不同。”她又问：“你的结果如何？”我回答道：“精度比PDG结果好10倍，关键是我们测得的质量比之前的世界平均水平小了7MeV。根据这个新的测量值，标准模型的轻子普适性假说成立了。”
她说：“你的方法创新带来了这么好的结果，你说美国人也参加了这个实验？”我说：“是的，北京谱仪合作组成立于1991年，美国有十所大学和研究所，有二十位中国物理学家参加，加上高能所和几所大学的近百位中国物理学家，大家齐心协力完成了这个实验。”当我们请吴建雄在BEPC上tau轻子质量的精确测量结果的纪念信封上签名时，她兴奋地说：“我的两个梦想现在都变成了现实，一个是中国人拥有了，另一个是中国科学家拥有了这两个梦想。”海峡两岸在自己的祖国幸福地相聚……”
后来我们的话题转向我参与的另一个无中微子双β衰变实验，她是第一个提出的。她说道：“你和叶明翰等人进行的48Ca无中微子双β衰变实验，当时你是怎么想到做这个实验的想法的？”我说：“这个选题的选择受到了何祚庥和庆成睿的工作的启发，它让我们了解到无中微子的双β衰变实验非常重要，它可以测试轻子数是否守恒以及性质我们从许多同位素中选择了 48Ca，因为它的衰变能量为 4.27 MeV，因此我们在火花室中使用 CaF2 进行实验。之所以选择CaF2晶体，是因为它含有适量的48Ca同位素，当配备光电倍增管时，可以用作记录电子或其他带电粒子的探测器。光机能生长出当时国产最大的颗粒CaF2晶体，经与长春光机所协商，同意向我们租用四颗大质量CaF2晶体，总重37公斤（含43克）。 48Ca同位素）。于是我们把实验的初步想法告诉了叶明翰，他听了。后来他非常支持这个想法，同意参加实验，并与我们一起确定了实验方案，并派他的研究生作为博士论文题目参与实验，在实验中发挥了重要作用。 ” 吴建雄认真听了，然后问：“你的实验是在哪里做的？” 我说：“是在京郊门头沟煤矿地下512米深处做的。这样可以大大降低宇宙射线背景，但工作条件却十分艰苦。我们在那里连续采集了 7,500 多个小时的数据。我们得到了48Ca无中微子双β衰变半衰期的下限”。吴健雄说道：“我在去年的Phys. Lett. B*杂志上看到了你们的成绩，比我们好四倍。”我说：“我们的实验受到了你实验的启发，结果很好，因为有大质量的CaF2晶体、地下矿井、探测器周围厚厚的屏蔽，背景降低了五个数量级。”
我们的谈话轻松愉快，但由于她另有安排杰出的中国物理学家，我只好结束谈话，向她告别。这次采访和谈话已经过去了三十年，但我仍然记得它，就像发生在昨天一样。现在想来，我真的很荣幸有机会接触到吴健雄先生这位杰出的物理学家，亲自聆听她的演讲，与她面对面交谈，受益匪浅。 。我很幸运、很幸福，希望更多的人能够分享这种幸福的感觉，更多地了解中华民族科学史上的这位百年一遇的“东方居里夫人”。这就是我写这篇文章的初衷。 。
* 我们的文章发表于：Phys.莱特。 B 265.53.1991，给出的结果：48Ca的无中微子双β衰变半衰期下限为0.69×10-5。吴健雄的实验结果是1.61×10-5。
本文选自YWA编辑《现代物理知识》2022年第2期