우젠슝: 패리티를 무너뜨린 여성

1956년 겨울부터 1957년 1월까지, 국립표준국(National Bureau of Standards)의 극저온 실험실에서 우젠슝(Chien-Shiung Wu)은 코발트-60 시료를 절대영도에 가깝게 냉각하고, 자기장을 사용해 원자핵을 정렬한 뒤 방출되는 전자를 계수했습니다. 핵스핀 방향의 반대쪽으로 더 많은 전자가 방출되었습니다. 이 비대칭성은 물리학자들이 전혀 예상하지 못했던 사실을 의미했습니다. 기본 입자와 그 거울상은 항상 동일하지 않으며, 우주가 왼쪽과 오른쪽을 구별할 수 있다는 것입니다. 10개월 후 노벨 물리학상은 그녀에게 실험을 제안한 두 이론가에게 돌아갔습니다. 그녀의 이름은 명단에 없었습니다.

아버지가 세운 학교

우젠슝은 1912년 5월 31일 장쑤성 타이창 류허에서 태어났습니다. 그녀의 아버지 우중이(Wu Zhong-Yi)는 공학자이자 진보적인 사회 운동가로, 딸에 대한 교육이 여전히 논쟁거리였던 당시에 명덕여자학교(Ming De School)를 세웠습니다. 우젠슝은 그곳에서 초등 교육을 받았습니다. 어머니 판푸화(Fan Fu-Hua)는 교사였습니다. 11살 때 그녀는 약 만 명의 지원자 중 9등으로 쑤저우 제2여자사범학교에 입학하여 기숙사 생활을 시작했습니다.

그녀는 1930년 국립중앙대학에 입학하여 수학을 전공하려다 물리학으로 전향했고, 학생 운동에도 참여했습니다. 1934년 졸업 후 중앙연구원 물리연구소에서 연구를 수행했으며, 1936년 8월 친구이자 화학자인 둥뤄펀(Dong Ruo-Fen)과 함께 미국으로 떠났습니다.

버클리와 원자폭탄

버클리에서 그녀는 1940년 어니스트 로렌스(Ernest Lawrence) 밑에서 박사 학위를 취득했으며, 에밀리오 세그레(Emilio Segrè)와 긴밀히 협력하여 베타 붕괴와 방사성 제논을 연구했습니다. J. 로버트 오펜하이머(J. Robert Oppenheimer)는 그녀의 박사 심사 위원이었으며, 그녀의 중성자 흡수 단면적에 대한 통찰력에 깊은 인상을 받았습니다. 루이스 알바레즈(Luis Alvarez)는 덜 격식적인 방식으로 그녀를 "내가 만난 가장 재능 있고 가장 아름다운 실험물리학자"라고 불렀습니다. 그녀는 1942년 5월 30일 로버트 밀리컨(Robert Millikan)의 집에서 물리학자 위안자류(Luke Chia-Liu Yuan)와 결혼했고, 스미스 칼리지에서 가르쳤으며, 프린스턴 대학교 물리학과 최초의 여성 교수가 되어 해군 장교들을 가르쳤습니다.

1944년 그녀는 컬럼비아 대학교의 대체 합금 재료 연구소와 맨해튼 프로젝트에 합류하여 우라늄 농축을 위한 기체 확산을 연구했고, 오크리지 K-25 공장을 위한 분리 모델을 구축하며 가이거 계수기를 개선했습니다. 그녀의 가장 중요한 기여는 다른 누구도 갖지 못한 지식이었습니다. 핸퍼드 B 원자로가 계속해서 원인을 알 수 없이 멈추자, 엔리코 페르미(Enrico Fermi)가 그녀를 찾았습니다. 그녀의 미발표 박사 연구인 제논-135가 문제의 중성자 독성 물질임을 밝혀냈기 때문입니다. 그녀는 이 프로젝트에 참여한 유일한 중국인으로 알려져 있습니다. 그녀는 나중에 이 프로젝트가 가져온 파괴적인 결과 때문에 이 일과 거리를 두었습니다.

컬럼비아: 베타 붕괴와 잊혀진 첫 번째 업적

우젠슝은 남은 경력 동안 컬럼비아에 머물렀으며, 1949년에서 1963년 사이에 페르미의 1934년 베타 붕괴 이론을 탄탄한 실험적 근거 위에 올려놓는 정밀한 연구를 수행했습니다. 이는 다른 사람들의 장치에 있던 두꺼운 황산구리 막으로 인한 인위적 결과였음을 밝혀낸 것이었습니다. 스티븐 모즈코우스키(Steven Moszkowski)와 공동 집필한 1966년 교과서 《베타 붕괴》는 표준 참고 문헌이 되었습니다.

1949년 11월, 퍼핀 홀 지하실에서 그녀와 대학원생 어빙 샤크노프(Irving Shaknov)는 수십 년 후에야 그 중요성이 인식된 실험을 수행했습니다. 코발트-64를 양전자원으로 사용하고 광전자 증배관과 안트라센 섬광체로 제작된 두 개의 감마선 검출기를 사용하여, 전자-양전자 쌍소멸에서 생성된 광자쌍의 각 상관관계를 측정했습니다. 하나의 검출기를 고정하고 다른 하나를 4개의 방위각에 설정하여 30시간 동안 계수했습니다. 측정된 2.04의 비대칭성은 이론치인 2.00과 대비되며, 아인슈타인-포돌스키-로젠(Einstein-Podolsky-Rosen) 논문 발표 15년 만에 광자 얽힘을 실험적으로 처음 완벽하게 검증한 사례였습니다. 2022년 노벨 물리학상은 이 토대 위에 세워진 연구에 수여되었습니다.

그녀가 받지 못한 상

1956년 리정다오(Tsung-Dao Lee)와 양전닝(Chen-Ning Yang)은 과정과 그 거울상 사이의 대칭성으로 가정되었던 패리티가 약한 상호작용에서 보존되지 않을 수 있다는 이론을 제안했습니다. 아무도 검증 방법을 모르는 이론이었습니다. 우젠슝은 실험을 설계했고, 계획된 여행을 취소하며 컬럼비아와 국립표준국 팀과 함께 실험을 실행했습니다. 결과는 명확했고 약력의 표준 그림을 다시 썼습니다.

리정다오와 양전닝은 1957년 노벨상을 받았지만 우젠슝은 공동 수상하지 못했습니다. 이후 그녀는 반복적으로 후보에 올랐으며, 한 조사에 따르면 1958년부터 1974년까지 18명의 다른 물리학자들로부터 최소 12번, 다른 조사에서는 23번 지명되었으나 끝내 수상하지 못했습니다. 노벨 물리학상 위원회 전 위원장인 라르스 브링크(Lars Brink)는 그녀의 패리티 실험이 노벨상급이었으며, 그녀의 패리티와 얽힘 연구를 합쳐 "진주 상자 속의 두 보석"이라고 표현했습니다. 브링크는 또한 양전닝이 직접 우젠슝이 1957년에 공동 수상자였어야 했다고 말했다고 전했습니다.

물리학의 퍼스트 레이디

그녀는 1954년 미국 시민권을 얻었으며, 1952년 학과 최초의 여성 종신 교수, 1958년 정교수가 되었고, 1973년 마이클 I. 퍼핀(Michael I. Pupin) 석좌 교수의 첫 번째 수여자였습니다. 그녀는 1962-63년 파인만(Feynman)과 겔만(Gell-Mann)의 보존 벡터 전류 가설을 확인했고, 이리 호수 아래 2,000피트 깊이의 소금 광산에서 이중 베타 붕괴를 추적했으며, 제자 레너드 카스데이(Leonard Kasday) 및 존 울먼(John Ullman)과 함께 벨 부등식 테스트를 수행했고, 겸상 적혈구 빈혈의 분자 구조에 뫼스바우어 분광법을 적용했습니다. 그녀는 '물리학의 퍼스트 레이디', '중국의 퀴리 부인', '핵 연구의 여왕'으로 불렸습니다. 엄격함을 느낀 제자들은 그녀를 '드래곤 레이디'라고 불렀습니다. 그녀는 위안 교수가 아니라 우 교수라고 불리기를 고집했습니다. 1964년 MIT 심포지엄에서 그녀는 "작은 원자와 원자핵"이 "남성적이거나 여성적인 대우에 대해 어떤 선호가 있는지"를 방청객에게 물었습니다.

왜 우젠슝은 천재라 불리는가

우젠슝의 천재성은 대중이 반사적으로 과소평가하는 종류인 실험적 천재성입니다. 패리티 이론은 리정다오와 양전닝의 것이었습니다. 우젠슝이 제공한 것은 어떻게 알 수 있느냐는 훨씬 더 어려운 질문이었으며, 그 대답에는 절대영도에 가까운 온도에서 코발트 원자핵을 편극시키고 통계적으로 결정적인 비대칭성을 계산할 만큼 충분히 안정적인 상태로 정밀한 배치를 유지하는 것이 필요했는데, 당시에는 아무도 그런 시도를 하지 않았습니다. 그것은 기술자의 기여가 아닙니다. 그것은 설계이며, 그런 품질의 설계는 매우 희귀하여 동료 헤르비그 쇼퍼(Herwig Schopper)는 업계의 작업 규칙을 이렇게 전했습니다. "실험을 우젠슝이 했다면, 그것은 반드시 옳다." 《피직스 투데이(Physics Today)》의 평가대로 그녀는 "독창적이고 정밀한 설계로 유명하며" "당대 최고의 실험가 중 한 명"으로 우뚝 섰습니다.

정직한 반론은 1956년의 개념적 도약이 그녀의 것이 아니며, 아무리 결정적이라 해도 훌륭한 측정의 경력이 물리학 역사에서 이론 경력과는 다르게 위치한다는 것입니다. 우젠슝은 패리티 위반을 제안하지 않았으며, 대안을 없앴습니다. 그러나 같은 비난은 마이켈슨(Michelson)과 몰리(Morley)에게도 가해질 수 있으며, 1949년의 사례를 무시하는 것입니다. 당시 지적 주도권은 전적으로 그녀에게 있었고, 그 분야가 이해하기 15년 앞서 있었습니다. 가장 공정한 평가는 우젠슝이 장치와 결정적 실험의 천재였으며, 노벨 위원회가 이를 인정하지 않은 것은 현재 가장 심각한 오류 중 하나로 널리 간주된다는 것입니다.

유산

우젠슝은 1964년 여성 최초로 콤스탁 상(Comstock Prize)을 받았고, 1975년 국가 과학 메달, 1978년 제1회 울프 물리학상(Wolf Prize)을 수상했습니다. 그녀는 미국 물리학회를 주재한 첫 번째 여성이었습니다. 소행성 2752호는 그녀의 이름을 따왔으며, CERN의 거리 이름도 그녀의 이름입니다. 이는 이전에는 마리 퀴리(Marie Curie)에게만 허용되었던 영예입니다. 그녀는 1997년 2월 16일 뉴욕에서 뇌졸중 후 84세의 나이로 사망했으며, 그녀의 유해는 그녀의 아버지가 소녀들이 공부할 수 있도록 세운 류허의 명덕학교 안뜰에 묻혔습니다.