Chien-Shiung Wu : La femme qui a brisé la parité

Au cours de l'hiver 1956 et jusqu'en janvier 1957, dans un laboratoire de cryogénie du National Bureau of Standards, Chien-Shiung Wu a refroidi un échantillon de cobalt-60 à un souffle du zéro absolu, a aligné les noyaux avec un champ magnétique et a compté les électrons émis. Il en est sorti davantage dans la direction opposée au spin nucléaire que dans la même direction. Cette asymétrie signifiait quelque chose qu'aucun physicien n'avait imaginé : une particule fondamentale et son image miroir ne sont pas toujours identiques, et l'univers peut distinguer la gauche de la droite. Dix mois plus tard, le prix Nobel de physique a été attribué aux deux théoriciens qui lui avaient suggéré de chercher. Son nom n'y figurait pas.

L'école que son père a construite

Wu est née le 31 mai 1912 à Liuhe, à Taicang, dans la province du Jiangsu. Son père, Wu Zhong-Yi, était ingénieur et progressiste social qui a fondé l'école Ming De pour filles à une époque où l'éducation des filles était encore un argument à défendre. Wu y a suivi son éducation primaire. Sa mère, Fan Fu-Hua, était enseignante. À onze ans, elle est entrée comme pensionnaire à l'École normale pour femmes n° 2 de Suzhou, après s'être classée neuvième sur environ dix mille candidates.

Elle est entrée à l'Université centrale nationale en 1930 avec l'intention d'étudier les mathématiques, puis s'est tournée vers la physique, participant à des manifestations étudiantes en chemin. Elle a obtenu son diplôme en 1934, a fait des recherches à l'Institut de physique de l'Academia Sinica et, en août 1936, a navigué vers les États-Unis avec son amie la chimiste Dong Ruo-Fen.

Berkeley, et la bombe

À Berkeley, elle a obtenu son doctorat en 1940 sous la direction d'Ernest Lawrence, travaillant en étroite collaboration avec Emilio Segrè sur la désintégration bêta et le xénon radioactif. J. Robert Oppenheimer siégeait à son comité doctoral et a été frappé par sa maîtrise des sections efficaces d'absorption des neutrons. Luis Alvarez, de manière moins utile, l'a qualifiée de « physicienne expérimentale la plus talentueuse et la plus belle que j'aie jamais rencontrée ». Elle a épousé le physicien Luke Chia-Liu Yuan le 30 mai 1942 à la maison de Robert Millikan, a enseigné au Smith College et est devenue la première femme membre du corps professoral de physique à Princeton, où elle a enseigné à des officiers de marine.

En 1944, elle a rejoint les Substitute Alloy Materials Laboratories à Columbia et le Projet Manhattan, travaillant sur la diffusion gazeuse pour l'enrichissement de l'uranium, construisant des modèles de séparation pour l'usine K-25 d'Oak Ridge et perfectionnant les compteurs Geiger. Sa contribution la plus importante était un savoir que personne d'autre n'avait. Lorsque le réacteur B de Hanford continuait de s'arrêter mystérieusement, Enrico Fermi l'a sollicitée : son travail doctoral inédit sur le xénon-135 l'a identifié comme le poison neutronique responsable. On pense qu'elle était la seule personne chinoise sur le projet. Elle s'en est plus tard distanciée en raison de ce qu'elle appelait ses résultats destructeurs.

Columbia : Désintégration bêta et une première oubliée

Wu est restée à Columbia pour le reste de sa carrière, et entre 1949 et 1963 a effectué le travail minutieux qui a placé la théorie de la désintégration bêta de Fermi de 1934 sur des bases expérimentales solides, attribuant les désaccords antérieurs à un artefact dû à des couches épaisses de sulfate de cuivre dans l'appareil d'autres chercheurs. Son manuel de 1966 Beta Decay, écrit avec Steven Moszkowski, est devenu la référence standard.

En novembre 1949, dans le sous-sol de Pupin Hall, elle et son étudiant diplômé Irving Shaknov ont fait quelque chose dont l'importance a mis des décennies à être reconnue. En utilisant du cuivre-64 comme source de positrons et deux détecteurs de rayons gamma construits à partir de tubes photomultiplicateurs et de scintillateurs à l'anthracène, ils ont mesuré la corrélation angulaire des paires de photons produites par l'annihilation électron-positron, en gardant un détecteur fixe et en réglant l'autre sur quatre angles azimutaux pendant trente heures de comptage continu. L'asymétrie mesurée de 2,04, contre une théorie de 2,00, a été la première vérification expérimentale concluante de l'intrication des photons, quinze ans après l'article Einstein-Podolsky-Rosen. Le prix Nobel de physique 2022 a été décerné pour des travaux fondés sur cette base.

Le prix qu'elle n'a pas reçu

En 1956, Tsung-Dao Lee et Chen-Ning Yang ont proposé que la parité, la symétrie supposée entre un processus et son image miroir, pourrait ne pas être conservée dans les interactions faibles. C'était une théorie que personne ne savait comment tester. Wu a conçu le test, annulant un voyage prévu pour le faire, et l'a mené avec une équipe issue de Columbia et du National Bureau of Standards. Le résultat a été sans équivoque et a réécrit l'image standard de la force faible.

Lee et Yang ont reçu le prix Nobel de 1957. Wu ne l'a pas partagé. Elle a été nominée à maintes reprises par la suite, selon un compte au moins une douzaine de fois et selon un autre vingt-trois fois entre 1958 et 1974 par dix-huit physiciens différents, et n'a jamais gagné. Lars Brink, ancien président du Comité Nobel de physique, a déclaré que son expérience sur la parité était de classe Nobel et a décrit ses travaux sur la parité et l'intrication comme « deux joyaux dans une boîte de perles ». Brink a également rapporté que Yang lui-même a dit que Wu aurait dû être co-récipiendaire en 1957.

Première dame de la physique

Elle est devenue citoyenne américaine en 1954, professeure titulaire en 1952 en tant que première femme dans son département, professeure pleine en 1958, et la première titulaire de la chaire Michael I. Pupin en 1973. Elle a confirmé l'hypothèse du courant vectoriel conservé de Feynman et Gell-Mann en 1962-63, a chassé la double désintégration bêta dans une mine de sel à six cents mètres sous le lac Érié, a effectué des tests de l'inégalité de Bell avec ses étudiants Leonard Kasday et John Ullman, et a appliqué la spectroscopie Mössbauer à la structure moléculaire de l'anémie falciforme. Elle était appelée la Première dame de la physique, la Marie Curie chinoise et la Reine de la recherche nucléaire ; ses étudiants, qui la trouvaient exigeante, l'appelaient la Dame Dragon. Elle insistait pour être appelée Professeure Wu, pas Professeure Yuan. Lors d'un symposium au MIT en 1964, elle a demandé à l'auditoire si « les minuscules atomes et noyaux » ont « une préférence pour un traitement masculin ou féminin ».

Pourquoi Chien-Shiung est appelée un génie

Le génie de Wu est d'un genre que le public sous-évalue par réflexe : il est expérimental. La théorie de la parité était celle de Lee et Yang. Ce que Wu a fourni était la question bien plus difficile de savoir comment le savoir, et la réponse exigeait de polariser des noyaux de cobalt à des températures à peine au-dessus du zéro absolu et de maintenir tout le dispositif délicat stable assez longtemps pour compter une asymétrie statistiquement décisive, à une époque où personne n'avait rien fait de comparable. Ce n'est pas une contribution de technicien. C'est de la conception, et une conception de cette qualité est suffisamment rare pour que son collègue Herwig Schopper rapporte la règle de travail de la profession : « si l'expérience a été réalisée par Wu, elle doit être correcte ». Selon Physics Today, elle était « connue pour ses conceptions ingénieuses et précises » et se situait « parmi les plus éminents expérimentateurs de son temps ».

L'honnête contre-argument est que le saut conceptuel de 1956 n'était pas le sien, et qu'une carrière de mesures superbes, aussi décisives soient-elles, occupe une place différente dans l'histoire de la physique qu'une carrière théorique. Wu n'a pas proposé la violation de la parité ; elle a tué l'alternative. Mais le même reproche déclasserait Michelson et Morley, et il ignore 1949, où l'initiative intellectuelle était entièrement la sienne et quinze ans en avance sur la capacité du domaine à l'apprécier. L'affirmation la plus juste est que Wu était un génie de l'appareil et du test décisif, et que l'échec du comité Nobel à le reconnaître est aujourd'hui largement considéré comme l'une de ses plus graves erreurs.

Héritage

Wu a reçu le prix Comstock en 1964 en tant que première femme, la National Medal of Science en 1975 et le prix Wolf inaugural de physique en 1978. Elle a été la première femme à présider l'American Physical Society. L'astéroïde 2752 porte son nom, tout comme une rue au CERN, accordé une seule fois auparavant à une femme, Marie Curie. Elle est décédée le 16 février 1997 à New York après un AVC, à l'âge de quatre-vingt-quatre ans, et ses cendres ont été enterrées dans la cour de l'école Ming De à Liuhe, l'école que son père a construite pour que les filles puissent apprendre.