Madame Wu und die Holiday-Experiment, das Physik für immer verändert

Während die meisten von uns in das neue Jahr mit Familie und Freunden klingelt, machen keine Wissenschaft Urlaub. Und auch nicht die Wissenschaftler verantwortlich für große laufende Experimente. Eines der berühmtesten historischen Beispiele dafür ist der Fall der Physiker Chien-Shiung Wu – oft als "Madame Wu" – leicht Linkshänder ist, zu beweisen, dass die Natur der Urlaub mit ihrem Ehemann in den 1950er Jahren aufgegeben.

Physiker hatten lange gedacht, dass, wenn es darum geht, die Gesetze der Physik, Natur keine Präferenz hat, wenn es darum rechts über Links geht. Das bedeutet, dass unsere Welt ziemlich identisch mit seinem Spiegelbild sein sollte. Es ist eine Form der Symmetrie. Mathematisch gesehen ist bekannt als Parität, und es sollte in allen subatomaren Prozessen konserviert werden. Und es ist zumindest für Elektromagnetismus und die starke Kernkraft. Beliebig viele Experimente hatten gezeigt, dass dies so war.

Aber im Jahr 1956, zwei chinesische geborenen amerikanischen Theoretiker einen kurzen Aufsatz in der Zeitschrift Physical Review hinterfragt, ob Parität in schwache atomaren Wechselwirkungen konserviert werden würde. Tsung-Dao Lee und Chen Ning Yang hatte sogar einige Ideen, wie man könnte ihre Hypothese experimentell zu testen, und Wu überzeugt – spezialisiert, die schwache Wechselwirkung Experimente an der Columbia University – an dem Projekt arbeiten.

Wu zusammengetan, wiederum mit Physikern an, was dann das National Bureau of Standards in Washington, DC, war da sie nur die richtigen Einrichtungen hatten, um die nötige Präzision durchgeführt werden. (Es ist jetzt bekannt als das National Institute of Standards und Technologie.)

Die kritische Versuche wurden durchgeführt in der NBS zwischen Weihnachten und Neujahr, 1956 – vor allem, weil Wu einfach wie grundsätzlich realisiert wichtig sie waren wahrscheinlich zu sein, und alle anderen zum Durchschlag schlagen wollte.

Eigentlich sollte Sie um ihren Mann nach China zu begleiten; Sie hatten Durchgang auf der Queen Elizabeth und alles. Stattdessen blieb sie zurück, um an den Experimenten zu arbeiten, und ihr Mann ging nach China ohne sie.

Wu und ihre Kollegen verwendet Kobalt-60-Atome in Magnetfeldern bei sehr niedrigen Temperaturen statt. Kobalt-60 Kerne haben eine intrinsische Spin – das Quantum Äquivalent der Drehimpuls, Art, wie ein wenig drehenden Kreisel, außer es ist mehr eine Eigenschaft eines Teilchens, anstatt eine tatsächliche Spin. Sie emittieren auch Beta-Teilchen, wie sie zerfallen. Die Idee war, die magnetischen Felder verwenden, um die Kerne zu orientieren, so dass die Spins in der gleichen Richtung waren, und dann zählen, wie viele Elektronen emittiert wurden, oben und unten als die Kerne zerfallen. Wenn Parität konserviert wurde, sollte gleiche Zahlen der einzelnen.

Zur Überraschung aller gab es nicht paritätisch von Beta-Teilchen emittiert in beide Richtungen. Natur, so scheint es, ist "ein halb-rechts-und Linkshänder Rechtsausleger," zeigt eine leichte Präferenz für die linke. Wu erwischt den letzten Zug zurück nach New York am Heiligabend – es hatte stark geschneit und die Flughäfen wurden geschlossen – melden ihre erste Erkenntnisse zu Lee, ihm zu sagen, dass "die beobachteten Symmetrie reproduzierbar und riesig war."

Der Fall der Parität war ein wichtiges und spannendes Ergebnis, einige Physiker glaubte es nicht auf den ersten. Wolfgang Pauli angeblich rief: "Das ist totaler Unsinn!" als er davon hörte. Gab es ein Ansturm auf das Experiment und die Ergebnisse bestätigt außer Zweifel, dass dies wirklich eine Verletzung der Parität Erhaltung war zu replizieren. Auch Pauli war überzeugt.

Lee und Yang erhielt den Nobelpreis in Physik im nächsten Jahr. In was weithin in der Physik-Gemeinschaft als eine grobe Ungerechtigkeit empfunden wird war Madame Wu nicht in dem Preis enthalten, obwohl es ihre experimentellen Expertise, die geholfen haben Lee und Yang die Hypothese war richtig bewiesen.

Sie hatte eine ziemlich stellare wissenschaftliche Karriere dennoch. Und sie hatte definitiv eine Menge zu feiern, wie sie im neuen Jahr vor fast 60 Jahren klingelte.

Referenzen:

Lee, T.D und Yang, C.N (1956) "Frage der Erhaltung der Parität in schwachen Wechselwirkungen," Physical Review 104 1: 254-258.

Wu, c.s. Et Al. (1957) "experimentelle Prüfung der Erhaltung der Parität in Beta-Zerfall," Physical Review 105 4: 1413-1415.

Bilder: (von oben) gem. 90-105, Wissenschaft Service, Records, der 1920er Jahre der 1970er Jahre, Smithsonian Institution Archive. (unten): 1956-Wu zu experimentieren. Bildnachweis: A.v. Austin/Bureau of Standards. Public Domain.