Chien-Shiung Wu: Die Frau, die die Parität brach

Über den Winter 1956 bis Januar 1957 kühlte Chien-Shiung Wu in einem kryogenen Labor des National Bureau of Standards eine Probe aus Kobalt-60 bis knapp über den absoluten Nullpunkt ab, richtete die Kerne mit einem Magnetfeld aus und zählte die austretenden Elektronen. Es traten mehr Elektronen entgegen der Richtung des Kernspins aus als mit ihm. Diese Asymmetrie bedeutete etwas, das kein Physiker für wahr gehalten hatte: Ein Elementarteilchen und sein Spiegelbild sind nicht immer identisch, und das Universum kann links von rechts unterscheiden. Zehn Monate später ging der Nobelpreis für Physik an die beiden Theoretiker, die sie zu der Untersuchung angeregt hatten. Ihr Name stand nicht darauf.

Die Schule, die ihr Vater baute

Wu wurde am 31. Mai 1912 in Liuhe, in Taicang, Provinz Jiangsu, geboren. Ihr Vater, Wu Zhong-Yi, war Ingenieur und ein sozialer Fortschrittler, der die Ming-De-Schule für Mädchen zu einer Zeit gründete, als die Bildung von Töchtern noch ein Argument war, das erst gewonnen werden musste. Wu erhielt dort ihre Grundschulbildung. Ihre Mutter, Fan Fu-Hua, war Lehrerin. Mit elf Jahren kam sie als Internatsschülerin an die Suzhou Women's Normal School No. 2, nachdem sie bei etwa zehntausend Bewerberinnen den neunten Platz belegt hatte.

Sie kam 1930 an die Nationale Zentraluniversität mit der Absicht, Mathematik zu studieren, wechselte dann zur Physik und nahm an Studentenprotesten teil. Sie schloss 1934 ab, forschte am Institut für Physik der Academia Sinica und stach im August 1936 mit ihrer Freundin, der Chemikerin Dong Ruo-Fen, in die Vereinigten Staaten in See.

Berkeley und die Bombe

In Berkeley promovierte sie 1940 bei Ernest Lawrence und arbeitete eng mit Emilio Segrè über Betazerfall und radioaktives Xenon zusammen. J. Robert Oppenheimer saß in ihrem Promotionskomitee und war beeindruckt von ihrem Verständnis für Neutronenabsorptionsquerschnitte. Luis Alvarez nannte sie weniger hilfreich die „talentierteste und schönste Experimentalphysikerin, die ich je getroffen habe“. Sie heiratete den Physiker Luke Chia-Liu Yuan am 30. Mai 1942 im Haus von Robert Millikan, lehrte am Smith College und wurde die erste Frau an der Physikfakultät in Princeton, wo sie Marineoffiziere unterrichtete.

1944 trat sie den Substitute Alloy Materials Laboratories in Columbia und dem Manhattan-Projekt bei, arbeitete an der Gasdiffusion zur Urananreicherung, baute Trennmodelle für die Oak-Ridge-K-25-Anlage und verfeinerte Geigerzähler. Ihr wichtigster Beitrag war ein Wissen, das sonst niemand hatte. Als der B-Reaktor in Hanford sich ständig auf mysteriöse Weise abschaltete, suchte Enrico Fermi sie auf: Ihre unveröffentlichte Doktorarbeit über Xenon-135 identifizierte es als das verantwortliche Neutronengift. Man geht davon aus, dass sie die einzige Chinesin in dem Projekt war. Später distanzierte sie sich davon aufgrund dessen, was sie als destruktives Ergebnis bezeichnete.

Columbia: Betazerfall und eine vergessene Premiere

Wu blieb den Rest ihrer Karriere in Columbia und leistete zwischen 1949 und 1963 die akribische Arbeit, die Fermis Theorie des Betazerfalls von 1934 auf ein solides experimentelles Fundament stellte, indem sie frühere Unstimmigkeiten auf ein Artefakt dicker Kupfersulfatschichten in den Apparaten anderer zurückführte. Ihr Lehrbuch Beta Decay von 1966, das sie mit Steven Moszkowski schrieb, wurde zum Standardwerk.

Im November 1949 vollbrachten sie und ihr Doktorand Irving Shaknov im Keller der Pupin Hall etwas, dessen Bedeutung erst Jahrzehnte später erkannt wurde. Unter Verwendung von Kupfer-64 als Positronenquelle und zwei Gammastrahlendetektoren, die aus Photomultiplier-Röhren und Anthracen-Szintillatoren gebaut waren, maßen sie die Winkelkorrelation der Photonenpaare, die durch Elektron-Positron-Annihilation erzeugt wurden. Dabei hielten sie einen Detektor fest und stellten den anderen über dreißig Stunden ununterbrochener Zählung in vier azimutalen Winkeln ein. Die gemessene Asymmetrie von 2,04 gegenüber theoretischen 2,00 war die erste schlüssige experimentelle Bestätigung der Photonenverschränkung, fünfzehn Jahre nach dem Einstein-Podolsky-Rosen-Papier. Der Nobelpreis für Physik 2022 wurde für Arbeiten verliehen, die auf diesem Fundament aufbauten.

Der Preis, den sie nicht erhielt

1956 schlugen Tsung-Dao Lee und Chen-Ning Yang vor, dass die Parität, die angenommene Symmetrie zwischen einem Prozess und seinem Spiegelbild, in schwachen Wechselwirkungen möglicherweise nicht erhalten bleibt. Es war eine Theorie, die niemand zu testen wusste. Wu entwarf den Test, sagte eine geplante Reise ab, um ihn durchzuführen, und führte ihn mit einem Team aus Columbia und dem National Bureau of Standards durch. Das Ergebnis war eindeutig und schrieb das Standardbild der schwachen Kernkraft um.

Lee und Yang erhielten 1957 den Nobelpreis. Wu teilte ihn nicht. Sie wurde danach wiederholt nominiert, nach einer Zählung mindestens ein Dutzend Mal und nach einer anderen dreiundzwanzig Mal zwischen 1958 und 1974 durch achtzehn verschiedene Physiker, und gewann nie. Lars Brink, ein ehemaliger Vorsitzender des Nobelkomitees für Physik, sagte, ihr Paritätsexperiment sei Nobelpreis-Klasse gewesen, und beschrieb ihre Paritäts- und Verschränkungsarbeit zusammen als „zwei Juwelen in einer Perlenschachtel“. Brink berichtete auch, dass Yang selbst gesagt habe, Wu hätte 1957 Ko-Empfängerin sein sollen.

First Lady der Physik

Sie wurde 1954 amerikanische Staatsbürgerin, 1952 als erste Frau in ihrem Fachbereich Dozentin, 1958 ordentliche Professorin und 1973 die erste Inhaberin des Michael I. Pupin-Lehrstuhls. Sie bestätigte 1962-63 die Hypothese des erhaltenen Vektorstroms von Feynman und Gell-Mann, jagte in einem Salzbergwerk sechshundert Meter unter dem Eriesee nach dem doppelten Betazerfall, führte Bell-Ungleichungstests mit ihren Studenten Leonard Kasday und John Ullman durch und wandte die Mößbauer-Spektroskopie auf die Molekülstruktur der Sichelzellenanämie an. Sie wurde die First Lady der Physik, die chinesische Marie Curie und die Königin der Kernforschung genannt; ihre Studenten, die sie fordernd fanden, nannten sie die Drachenlady. Sie bestand darauf, als Professorin Wu angesprochen zu werden, nicht als Professorin Yuan. Auf einem MIT-Symposium im Jahr 1964 fragte sie den Raum, ob „die winzigen Atome und Kerne“ eine „Präferenz für männliche oder weibliche Behandlung“ hätten.

Warum Chien-Shiung als Genie bezeichnet wird

Wus Genie ist von einer Art, die die Öffentlichkeit reflexartig unterbewertet: Es ist experimentell. Die Paritätstheorie stammte von Lee und Yang. Was Wu lieferte, war die weitaus schwierigere Frage, wie man das überhaupt wissen könnte. Die Antwort erforderte die Polarisierung von Kobaltkernen bei Temperaturen knapp über dem absoluten Nullpunkt und das Stabilhalten der gesamten heiklen Anordnung lange genug, um eine statistisch entscheidende Asymmetrie zu zählen – zu einer Zeit, als niemand Vergleichbares geleistet hatte. Das ist kein technischer Beitrag. Es ist Design, und Design dieser Qualität ist so selten, dass ihr Kollege Herwig Schopper die Arbeitsregel des Berufsstandes berichtete: „Wenn das Experiment von Wu durchgeführt wurde, muss es korrekt sein.“ Sie war, in der Einschätzung von Physics Today, „bekannt für ihre genialen und präzisen Entwürfe“ und stand „unter den bedeutendsten Experimentalphysikern ihrer Zeit“.

Das ehrliche Gegenargument ist, dass der konzeptionelle Sprung von 1956 nicht ihr eigener war und dass eine Karriere herausragender Messungen – wie entscheidend sie auch sein mögen – in der Geschichte der Physik anders bewertet wird als eine Karriere in der Theorie. Wu schlug die Paritätsverletzung nicht vor; sie tötete die Alternative. Aber derselbe Vorwurf würde Michelson und Morley herabstufen, und er ignoriert 1949, wo die intellektuelle Initiative vollständig bei ihr lag und dem Fachgebiet um fünfzehn Jahre voraus war. Die fairste Aussage ist, dass Wu ein Genie der Apparatur und des entscheidenden Tests war und dass das Versäumnis des Nobelkomitees, dies anzuerkennen, heute weithin als einer seiner schwerwiegendsten Fehler angesehen wird.

Vermächtnis

Wu erhielt 1964 als erste Frau den Comstock-Preis, 1975 die National Medal of Science und 1978 den ersten Wolf-Preis für Physik. Sie war die erste Frau, die der American Physical Society vorstand. Asteroid 2752 trägt ihren Namen, ebenso wie eine Straße am CERN, was zuvor nur einer Frau, Marie Curie, gewährt wurde. Sie starb am 16. Februar 1997 in New York nach einem Schlaganfall im Alter von vierundachtzig Jahren, und ihre Asche wurde im Innenhof der Ming-De-Schule in Liuhe beigesetzt – der Schule, die ihr Vater baute, damit Mädchen lernen konnten.