呉健雄 (Chien-Shiung Wu): パリティを破った女性

1956年の冬から1957年1月にかけて、国立標準局 (National Bureau of Standards) の極低温研究所で、呉健雄はコバルト60のサンプルを絶対零度近くまで冷却し、磁場で原子核を整列させ、放出される電子を計数した。核スピンの方向と逆向きに放出される電子の方が多かった。この非対称性は、物理学者がこれまで真実であると予期していなかった事態を意味していた。つまり、素粒子とその鏡像は常に同一ではなく、宇宙は左と右を識別できるということである。10か月後、この研究を彼女に示唆した2人の理論物理学者にノーベル物理学賞が授与された。彼女の名はそこになかった。

父が建てた学校

呉は1912年5月31日、江蘇省太倉市瀏河に生まれた。父の呉仲裔 (Wu Zhong-Yi) は技術者であり、女性の教育がまだ論争の的であった時代に女子のための明徳学校を創設した社会進歩主義者であった。呉はそこで初等教育を受けた。母の樊復華 (Fan Fu-Hua) は教師であった。11歳のとき、約1万人の応募者の中から9位で合格し、蘇州女子師範学校第2分校に寄宿生として入学した。

1930年に国立中央大学に入学し、数学を学ぶつもりであったが物理学に転向し、その過程で学生運動にも参加した。1934年に卒業し、中央研究院物理研究所で研究を行い、1936年8月に友人の化学者である董若芬 (Dong Ruo-Fen) と共にアメリカへ向かった。

バークレーと爆弾

バークレーでは、アーネスト・ローレンスの指導の下、1940年に博士号を取得し、エミリオ・セグレと密接に協力してベータ崩壊や放射性キセノンについて研究した。J・ロバート・オッペンハイマーは彼女の博士号審査委員を務め、中性子吸収断面積に対する彼女の深い理解に感銘を受けた。ルイス・アルヴァレズは、あまり有益ではない言い方だが、彼女を「これまで出会った中で最も才能があり、最も美しい実験物理学者」と評した。1942年5月30日にロバート・ミリカンの家で物理学者の袁家騮 (Luke Chia-Liu Yuan) と結婚し、スミス大学で教鞭をとった後、プリンストン大学で物理学部の教員として最初の女性となり、海軍将校らに教えた。

1944年、コロンビア大学の代替合金材料研究所とマンハッタン計画に参加し、ウラン濃縮のためのガス拡散法に取り組み、オークリッジのK-25プラントのための分離モデルを構築し、ガイガーカウンターを改良した。彼女の最も重大な貢献は、他の誰も持っていなかった知識であった。ハンフォードのB原子炉が謎の停止を繰り返した際、エンリコ・フェルミは彼女を頼った。キセノン135に関する彼女の未発表の博士研究が、原因となる中性子毒であることを特定したのである。彼女は計画における唯一の中国人であったと考えられている。後に彼女は、自身が破壊的な結果と呼んだこの計画から距離を置いた。

コロンビア大学: ベータ崩壊と忘れられた先駆的事例

呉はキャリアの残りをコロンビア大学で過ごし、1949年から1963年の間に、フェルミの1934年のベータ崩壊理論を確固たる実験的根拠の上に置く緻密な研究を行った。それまでの不一致は、他の研究者の装置における厚い硫酸銅フィルムのアーティファクトによるものであることを突き止めた。スティーブン・モスコフスキーと共著した1966年の教科書『Beta Decay』は、標準的なリファレンスとなった。

1949年11月、ピューピン・ホールの地下で、彼女と大学院生のアーヴィング・シャクノフは、その重要性が認識されるまでに数十十年を要する研究を行った。陽電子源として銅64を使い、光電子増倍管とアントラセンシンチレーターで作られた2つのガンマ線検出器を用いて、電子・陽電子対消滅で生成される光子対の角度相関を測定した。1つの検出器を固定し、もう1つを4つの方位角に設定して30時間にわたって計数を行った。測定された2.04という非対称性は、理論値2.00に対して、アインシュタイン・ポドルスキー・ローゼンの論文から15年を経て、光子のエンタングルメントの最初の決定的な実験的検証となった。2022年のノーベル物理学賞は、この基盤の上に築かれた業績に対して授与された。

彼女が受け取れなかった賞

1956年、李政道 (Tsung-Dao Lee) と楊振寧 (Chen-Ning Yang) は、プロセスとその鏡像との間の想定された対称性であるパリティが、弱い相互作用では保存されない可能性があると提唱した。それは誰もテストする方法を知らない理論であった。呉はテストを設計し、予定されていた旅行をキャンセルしてこれを実行し、コロンビア大学と国立標準局から構成されたチームで検証を行った。結果は明確であり、弱い力に関する標準的な理解を書き換えるものであった。

李と楊は1957年のノーベル賞を受賞した。呉はこれを分け合わなかった。彼女はその後、1958年から1974年の間に18人の異なる物理学者によって、ある集計では少なくとも12回、別の集計では23回も繰り返してノミネートされたが、受賞することはなかった。元ノーベル物理学賞委員会委員長のラース・ブリンクは、彼女のパリティ実験はノーベル賞級であったと述べ、パリティとエンタングルメントに関する彼女の研究を合わせて「真珠の箱の中の2つの宝石」と評した。ブリンクはまた、楊自身が呉も1957年に共同受賞すべきであったと語ったことを伝えている。

物理学界のファーストレディ

1954年にアメリカ市民権を取得し、1952年に学部初の女性教授となり、1958年に正教授、1973年にはマイケル・I・ピューピン記念講座の最初の保持者となった。1962年から63年にかけてファインマンとゲルマンの保存ベクトル流仮説を実証し、エリー湖の地下600メートルの塩鉱山で二重ベータ崩壊を探査し、教え子のレナード・カズデイやジョン・ウルマンと共にベルの不等式のテストを行い、鎌状赤血球貧血の分子構造にメスバウアー分光法を適用した。彼女は物理学界のファーストレディ、中国のキュリー夫人、核研究の女王と呼ばれた。彼女を厳格と感じた学生たちは、彼女をドラゴンレディと呼んだ。彼女は袁教授ではなく呉教授と呼ばれることを強く求めた。1964年のMITのシンポジウムで、彼女は「小さな原子や核」が「男性的あるいは女性的な扱いに好みを持っているか」を会場に問いかけた。

呉健雄が天才と呼ばれる理由

呉の天才性は、大衆が反射的に過小評価しがちな種類のものである。それは実験的なものである。パリティ理論は李と楊のものであった。呉が提供したのは、それをどうやって知るのかというはるかに困難な問いであり、その答えには絶対零度直上の温度でコバルト原子核を偏極させ、統計的に決定的な非対称性を計数するのに十分な時間、繊細な装置全体を安定させる必要があった。当時は誰も比較可能なことを成し遂げていなかった。それは技術者の貢献ではない。設計であり、その質の設計は非常に稀であるため、同僚のヘルヴィヒ・ショッパーは専門職の行動規範を報告した。「呉が実験を行ったのなら、それは絶対に正しいはずだ」。『Physics Today』誌の評価によれば、彼女は「独創的で精密な設計で知られ」、「その時代で最も優れた実験物理学者の一人」であった。

正直な反論として、1956年の概念的な飛躍は彼女のものではなく、素晴らしい測定のキャリアは、どれほど決定的なものであっても、理論のキャリアとは物理学史における位置づけが異なるという点がある。呉はパリティの破れを提唱したのではなく、その選択肢を葬り去ったのである。しかし、同じ批判をすればマイケルソンとモーリーの業績も格下げされることになり、また、1949年の研究も無視することになる。その際の知的イニシアチブは完全に彼女独自のものであり、当時の物理学界が理解できる能力を15年も先取りしていた。最も公正な見解は、呉は装置と決定的な実験の天才であり、ノーベル賞委員会がそれを認めなかったことは、今日ではその最も重大な誤りの一つと広くみなされているというものである。

遺産

呉は1964年に女性として初めてコムストック賞を受賞し、1975年にアメリカ国家科学賞、1978年には第1回ウルフ賞物理学部門を受賞した。アメリカ物理学会で初の女性会長を務めた。小惑星2752には彼女の名が付けられ、CERNの通りにも彼女の名が冠されている。この栄誉は以前、マリー・キュリーに一度与えられただけであった。彼女は1997年2月16日、脳卒中のためニューヨークで84歳で亡くなり、その遺灰は、少女たちが学べるようにと父が建てた瀏河の明徳学校の中庭に埋葬された。