Chien-Shiung Wu: La donna che ha infranto la parità

Durante l'inverno del 1956 e fino al gennaio 1957, in un laboratorio di criogenia del National Bureau of Standards, Chien-Shiung Wu ha raffreddato un campione di cobalto-60 fino quasi allo zero assoluto, ha allineato i nuclei con un campo magnetico e ha contato gli elettroni emessi. Ne sono usciti di più in direzione opposta allo spin nucleare che nella stessa direzione. Questa asimmetria significava qualcosa che nessun fisico si aspettava: una particella fondamentale e la sua immagine speculare non sono sempre identiche, e l'universo può distinguere la sinistra dalla destra. Dieci mesi dopo, il Premio Nobel per la Fisica è stato assegnato ai due teorici che le avevano suggerito di indagare. Il suo nome non c'era.

La scuola che suo padre costruì

Wu è nata il 31 maggio 1912 a Liuhe, a Taicang, nella provincia dello Jiangsu. Suo padre, Wu Zhong-Yi, era un ingegnere e un progressista sociale che fondò la scuola Ming De per ragazze in un'epoca in cui educare le figlie era ancora un argomento da difendere. Wu ha seguito lì l'istruzione primaria. Sua madre, Fan Fu-Hua, era insegnante. A undici anni è entrata come convittrice alla Suzhou Women's Normal School No. 2, essendosi classificata nona su circa diecimila candidate.

È entrata all'Università centrale nazionale nel 1930 con l'intenzione di studiare matematica, poi è passata alla fisica, partecipando a manifestazioni studentesche durante il percorso. Si è laureata nel 1934, ha fatto ricerca all'Istituto di Fisica dell'Academia Sinica e, nell'agosto 1936, è partita per gli Stati Uniti con la sua amica, la chimica Dong Ruo-Fen.

Berkeley e la bomba

A Berkeley ha conseguito il dottorato nel 1940 sotto la guida di Ernest Lawrence, lavorando a stretto contatto con Emilio Segrè sul decadimento beta e sullo xeno radioattivo. J. Robert Oppenheimer sedeva nel suo comitato di dottorato ed è rimasto colpito dalla sua padronanza delle sezioni d'urto di assorbimento dei neutroni. Luis Alvarez, in modo meno utile, l'ha definita "la fisica sperimentale più talentuosa e bella che abbia mai incontrato". Ha sposato il fisico Luke Chia-Liu Yuan il 30 maggio 1942 a casa di Robert Millikan, ha insegnato allo Smith College ed è diventata la prima donna del corpo docente di fisica a Princeton, dove ha insegnato a ufficiali della marina.

Nel 1944 è entrata a far parte dei Substitute Alloy Materials Laboratories alla Columbia e al Progetto Manhattan, lavorando sulla diffusione gassosa per l'arricchimento dell'uranio, costruendo modelli di separazione per l'impianto K-25 di Oak Ridge e perfezionando i contatori Geiger. Il suo contributo più importante è stato una conoscenza che nessun altro aveva. Quando il reattore B di Hanford continuava a spegnersi misteriosamente, Enrico Fermi l'ha cercata: il suo lavoro di dottorato inedito sullo xeno-135 lo identificava come il veleno neutronico responsabile. Si pensa che fosse l'unica persona cinese nel progetto. In seguito se ne è allontanata a causa di quelli che definiva risultati distruttivi.

Columbia: Decadimento beta e un primato dimenticato

Wu è rimasta alla Columbia per il resto della sua carriera e, tra il 1949 e il 1963, ha svolto il minuzioso lavoro che ha posto la teoria del decadimento beta di Fermi del 1934 su solide basi sperimentali, attribuendo i disaccordi precedenti a un artefatto dovuto a spessi strati di solfato di rame nell'apparato di altri ricercatori. Il suo libro di testo del 1966 Beta Decay, scritto con Steven Moszkowski, è diventato il riferimento standard.

Nel novembre 1949, nel seminterrato della Pupin Hall, lei e il suo studente laureato Irving Shaknov hanno fatto qualcosa la cui importanza ha impiegato decenni per essere riconosciuta. Utilizzando cobalto-64 come sorgente di positroni e due rivelatori di raggi gamma costruiti con tubi fotomoltiplicatori e scintillatori all'antracene, hanno misurato la correlazione angolare delle coppie di fotoni prodotte dall'annichilazione elettrone-positrone, mantenendo un rivelatore fisso e impostando l'altro su quattro angoli azimutali per trenta ore di conteggio continuo. L'asimmetria misurata di 2,04, contro una teoria di 2,00, è stata la prima verifica sperimentale conclusiva dell'entanglement dei fotoni, quindici anni dopo l'articolo di Einstein-Podolsky-Rosen. Il Premio Nobel per la Fisica 2022 è stato assegnato per lavori basati su questa fondazione.

Il premio che non ha ricevuto

Nel 1956, Tsung-Dao Lee e Chen-Ning Yang hanno proposto che la parità, la simmetria presunta tra un processo e la sua immagine speculare, potesse non essere conservata nelle interazioni deboli. Era una teoria che nessuno sapeva come testare. Wu ha progettato il test, annullando un viaggio previsto per farlo, e l'ha condotto con un team proveniente dalla Columbia e dal National Bureau of Standards. Il risultato è stato inequivocabile e ha riscritto l'immagine standard della forza debole.

Lee e Yang hanno ricevuto il Premio Nobel del 1957. Wu non l'ha condiviso. È stata nominata più volte in seguito, secondo un conteggio almeno una dozzina di volte e secondo un altro ventitré volte tra il 1958 e il 1974 da diciotto diversi fisici, e non ha mai vinto. Lars Brink, ex presidente del Comitato Nobel per la Fisica, ha dichiarato che il suo esperimento sulla parità era di classe Nobel e ha descritto i suoi lavori sulla parità e l'entanglement come "due gemme in uno scrigno di perle". Brink ha anche riferito che Yang stesso ha detto che Wu avrebbe dovuto essere co-destinataria nel 1957.

Prima donna della fisica

È diventata cittadina americana nel 1954, professoressa ordinaria nel 1952 come prima donna nel suo dipartimento, professoressa a pieno titolo nel 1958 e la prima titolare della cattedra Michael I. Pupin nel 1973. Ha confermato l'ipotesi della corrente vettoriale conservata di Feynman e Gell-Mann nel 1962-63, ha cacciato il doppio decadimento beta in una miniera di sale a seicento metri sotto il Lago Erie, ha eseguito test della disuguaglianza di Bell con i suoi studenti Leonard Kasday e John Ullman e ha applicato la spettroscopia Mössbauer alla struttura molecolare dell'anemia falciforme. Era chiamata la Prima donna della fisica, la Marie Curie cinese e la Regina della ricerca nucleare; i suoi studenti, che la trovavano esigente, la chiamavano la Signora Drago. Insisteva per essere chiamata Professoressa Wu, non Professoressa Yuan. Durante un simposio al MIT nel 1964, ha chiesto alla sala se "i minuscoli atomi e nuclei" abbiano "una preferenza per un trattamento maschile o femminile".

Perché Chien-Shiung è definita un genio

Il genio di Wu è di un tipo che il pubblico sottovaluta per riflesso: è sperimentale. La teoria della parità era di Lee e Yang. Ciò che Wu ha fornito era la domanda molto più difficile di come saperlo, e la risposta richiedeva di polarizzare nuclei di cobalto a temperature appena sopra lo zero assoluto e di mantenere l'intero delicato dispositivo stabile abbastanza a lungo da contare un'asimmetria statisticamente decisiva, in un'epoca in cui nessuno aveva fatto nulla di paragonabile. Non è un contributo tecnico. È progettazione, e una progettazione di tale qualità è abbastanza rara che il suo collega Herwig Schopper riportò la regola di lavoro della professione: "se l'esperimento è stato eseguito da Wu, deve essere corretto". Secondo Physics Today, era "conosciuta per i suoi design ingegnosi e precisi" e si collocava "tra gli sperimentatori più eminenti del suo tempo".

L'onesto controargomento è che il salto concettuale del 1956 non era suo, e che una carriera di misurazioni superbe, per quanto decisive, occupa un posto diverso nella storia della fisica rispetto a una carriera teorica. Wu non ha proposto la violazione della parità; ha ucciso l'alternativa. Ma lo stesso rimprovero declasserebbe Michelson e Morley, e ignora il 1949, dove l'iniziativa intellettuale era interamente sua e quindici anni avanti rispetto alla capacità del settore di apprezzarla. L'affermazione più giusta è che Wu era un genio dell'apparato e del test decisivo, e che il fallimento del comitato Nobel nel riconoscerlo è oggi ampiamente considerato come uno dei suoi errori più gravi.

Eredità

Wu ha ricevuto il premio Comstock nel 1964 come prima donna, la National Medal of Science nel 1975 e il primo premio Wolf per la Fisica nel 1978. È stata la prima donna a presiedere l'American Physical Society. L'asteroide 2752 porta il suo nome, così come una strada al CERN, concesso solo una volta prima a una donna, Marie Curie. È deceduta il 16 febbraio 1997 a New York dopo un ictus, all'età di ottantaquattro anni, e le sue ceneri sono state sepolte nel cortile della scuola Ming De a Liuhe, la scuola che suo padre costruì affinché le ragazze potessero imparare.