¿Qué es este loco experimento?
Cuando Wu Jianxiong llegó a la Universidad de Columbia a principios de 1944, trabajó por primera vez en el "Proyecto Manhattan". Después de la guerra en 1945, comenzó a dedicarse por completo al estudio de la desintegración beta. Antes de convertirse en profesora asociada en el Departamento de Física de la Universidad de Columbia en 1952, sus logros experimentales ya la habían convertido en una autoridad de talla mundial en la investigación de la desintegración beta.
Por esta razón, cuando Yang Zhenning y Li Zhengdao decidieron comenzar con la interacción débil para probar la ley de conservación de la paridad, naturalmente pensaron en discutir con Wu Jianxiong, una autoridad en desintegración beta. que la desintegración beta es positiva. Es una interacción débil importante. Entonces, un día de mayo, Li Zhengdao, que estaba en la Universidad de Columbia con Wu Jianxiong, fue desde su oficina en el octavo piso del edificio del Laboratorio de Física Puping en el Departamento de Física a la oficina de Wu Jianxiong en el piso 13 para visitarla.
Wu Jianxiong no estudia física de partículas y no conoce los detalles del "misterio θ-τ". Li Zhengdao primero le explicó el "misterio theta-τ" y luego le explicó que él y Yang Zhenning lo habían estudiado varias veces y finalmente llegó a la conclusión de que la paridad no se conservaba en las interacciones débiles. Wu Jianxiong, que tenía un profundo conocimiento del fenómeno de la desintegración beta en interacciones débiles, inmediatamente se interesó mucho en este tema.
Wu Jianxiong, quien fue extremadamente exitoso en experimentos nucleares, notó en los años anteriores a 1956 que la tecnología de polarización de núcleos atómicos se había desarrollado recientemente en los experimentos de baja temperatura en Oxford, Inglaterra, y Leiden, Países Bajos. , y generó gran interés. La llamada polarización nuclear, en pocas palabras, significa que los electrones que giran en el átomo se vuelven direccionales, de modo que el núcleo atómico tiene una direccionalidad. Esta técnica está en el centro de uno de varios experimentos que Yang Zhenning y Li Zhengdao quieren utilizar para probar la conservación de la paridad. Después de que Wu Jianxiong se enteró de esto, inmediatamente decidió que sería mejor utilizar cobalto (C60O) como fuente radiactiva de desintegración beta para las pruebas. En ese momento, Wu Jianxiong se había dado cuenta de que para los físicos nucleares que estudiaban la desintegración beta, esta era una oportunidad de oro para realizar un experimento importante y no debían perderse a voluntad. Ella cree que, aunque los resultados experimentales demuestran que la paridad se conserva en la desintegración beta, también constituyen una evidencia experimental muy importante para los argumentos científicos a este respecto.
En ese momento, Yang Zhenning y otros también hablaron con otros físicos experimentales, pero solo Wu Jianxiong vio la importancia de este experimento. Esto demuestra que Wu Jianxiong es un científico destacado, porque los científicos destacados deben tener buenos conocimientos. La idea de Wu Jianxiong es que incluso si se concluye que la paridad no se conserva, sigue siendo un buen experimento y debería realizarse. La razón es que nunca ha habido datos sobre la simetría izquierda-derecha en la desintegración beta.
En aquella época, muchos físicos no hicieron este experimento porque efectivamente era bastante difícil. Wu Jianxiong, que tiene un conocimiento considerable de las técnicas experimentales, comprende perfectamente las dificultades de este experimento. Este experimento enfrentará dos desafíos que nunca han enfrentado los experimentos de física nuclear. Uno es permitir que el detector de electrones que detecta la desintegración beta se coloque en un ambiente de temperatura extremadamente baja y aún mantenga sus funciones normales. La otra es hacer que una fuente de radiación beta muy delgada mantenga su estado de polarización nuclear durante un tiempo suficiente para obtener suficientes datos estadísticos. Aunque hubo muchas dificultades y era difícil decir que definitivamente se lograrían los resultados, ella todavía estaba decidida a realizar el experimento de inmediato.
En la primavera de ese año, Wu Jianxiong y su esposo Yuan Jialiu habían planeado asistir primero a una conferencia de física de altas energías en Ginebra, Suiza, y luego realizar un viaje de conferencias al este de Asia. Esta es la primera vez que regresan al este de Asia en 20 años desde que abandonaron China en 1936. Originalmente planeaban visitar Taiwán. Para este viaje, también reservaron billetes para el crucero Queen Elizabeth para cruzar el Océano Atlántico. Para este experimento, Wu Jianxiong tuvo que dejar que su marido viajara solo. Su marido, Yuan Jialiu, también es físico. Supo de inmediato la importancia de realizar este experimento, por lo que se embarcó en este viaje de regreso a casa solo después de 20 años lejos de su tierra natal, que estuvo lleno de emociones encontradas.
Durante este período, Wu Jianxiong había hecho preparativos bastante minuciosos para el experimento que estaba decidida a realizar. Aprendió sobre los últimos avances en la ciencia nuclear con respecto al cobalto (C60O) en la literatura científica recientemente publicada.
Dado que su experimento combina tecnología experimental nuclear atómica y tecnología de física de baja temperatura, Wu Jianxiong también está aprendiendo activamente sobre física de baja temperatura.
La propia Wu Jianxiong no es una física de bajas temperaturas. Sabía que debía encontrar un físico de bajas temperaturas excelente con un conocimiento claro de la polarización nuclear para trabajar con ellos y llevar a cabo el trabajo experimental.
La Universidad de Columbia, donde trabaja Wu Jianxiong, tiene un grupo de investigación de física de bajas temperaturas. Aunque el nivel no es malo, la escala y el nivel del equipo no son suficientes. La Oficina Nacional de Estándares de Washington es otro laboratorio de Estados Unidos que puede lograr la polarización nuclear en un entorno de baja temperatura. Ambler, que trabajaba allí, era del Laboratorio Clevingdon en Oxford, Inglaterra, y fue miembro de los experimentos de polarización nuclear de la Oficina Nacional de Estándares en 1952. Wu Jianxiong siempre ha estado muy familiarizada con la literatura científica. Sabía que Ambler había realizado experimentos sobre la polarización del cobalto (C60O) hace unos años, por lo que se acercó a Ambler y lo invitó a realizar este experimento juntos. El experimento que luego cambió la historia.
Ambler no sabía mucho sobre el efecto de desintegración beta de este experimento. Le preguntó a Wu Jianxiong si esto mostraría un gran efecto asimétrico. Wu Jianxiong le dio una respuesta afirmativa, lo que hizo que Amberle se interesara mucho. Cuando Wu Jianxiong se acercó a Ambler para pedir cooperación, aunque ya había disfrutado de una gran reputación en la comunidad de física nuclear, Ambler, que estaba investigando en física de bajas temperaturas, no tenía idea de quién era ella. Entonces llamó a George Tammer, un físico nuclear. Amberle le preguntó a Tian Mo por teléfono: "George, me llamó una científica llamada Wu Jianxiong de la Universidad de Columbia. El experimento que propuso es muy interesante. Dime, ¿qué tan buena es ella? ¿Debería hacer este experimento ahora? "?" Tian Mo dijo: "Ella es bastante poderosa". Entonces An Boer llamó a Wu Jianxiong y expresó su voluntad de cooperar con él en el experimento.
Mientras Wu Jianxiong se preparaba activamente para el experimento, las dudas de Yang Zhenning y Li Zhengdao sobre la conservación de la paridad se habían vuelto ampliamente conocidas en la comunidad física. Pero en aquel momento, la mayoría de la gente era extremadamente escéptica respecto de que no se pudiera conservar la paridad. Por lo tanto, a excepción de Wu Jianxiong, probablemente solo había unas pocas personas que estaban realmente preparadas para realizar el experimento en ese momento.
En los dos meses transcurridos desde principios de junio hasta finales de julio, Wu Jianxiong realizó repetidos experimentos sobre varios posibles efectos de la física nuclear en entornos de baja temperatura y conoció en detalle varias posibilidades. efectos muy sutiles. Wu Jianxiong dijo más tarde que si hubiera sabido antes que el efecto asimétrico observado en el experimento era tan grande, se podría haber evitado un trabajo de inspección tan detallado. Sin embargo, todavía cree que siempre vale la pena hacer lo mejor que puedas para prepararte minuciosamente.
El experimento de Wu Jianxiong es conceptualmente muy simple. Utiliza principalmente una fuente radiactiva muy fuerte y luego polariza la fuente radiactiva beta bajo un control adecuado para que tenga una cierta direccionalidad, y luego la coloca en un entorno propicio para la observación para medir si la fuente radiactiva tiene una direccionalidad innata. Sin embargo, el diseño experimental para probar este concepto simple es difícil y complejo.
En primer lugar, el motivo para elegir el cobalto (C60O) no es sencillo. El cobalto (C60O) emite decenas de miles de electrones por segundo y es una excelente fuente de radiación. Además, lo más importante es que la desintegración de los electrones emitidos sólo cambia el número de espín, pero no la paridad. Por eso Wu Jianxiong, que tiene los conocimientos más autorizados sobre la desintegración beta, supo inmediatamente elegir el cobalto (C60O).
El siguiente paso es polarizar la fuente de radiación para que los electrones emitidos tengan una direccionalidad. Según la tecnología de polarización desarrollada por Ambler en los primeros años, la fuente de radiación de cobalto (C60O) debe fijarse a la superficie de un cristal y luego se utiliza un fuerte campo magnético para hacer que los electrones emitidos tengan una dirección. Para eliminar la interferencia causada por perturbaciones internas en los átomos, todo el cristal y la fuente radiactiva deben colocarse en un ambiente extremadamente frío para crear un ambiente tan extremadamente frío, además de usar nitrógeno líquido para bajar primero la temperatura a aproximadamente -270ºC. °C, y también utilizará la tecnología de eliminar un fuerte campo magnético que actúa sobre el cristal, haciendo que la temperatura vuelva a bajar, alcanzando una temperatura extremadamente fría sólo unas milésimas de grado superior al cero absoluto de -273°C.
Al principio, el grupo experimental de Wu Jianxiong fabricó varios cristales con fuentes radiactivas. Ella llevó estos cristales a Washington y los puso en el ambiente extremadamente frío del laboratorio de la Oficina Nacional de Estándares. Sólo fuentes radiactivas. Puede durar varios segundos, por lo que es imposible observarlo en absoluto.
Con el progreso del experimento de Wu Jianxiong, cada vez más personas en la comunidad física han comenzado a hablar sobre él. Han surgido diferentes historias y rumores, uno tras otro, creando una atmósfera extremadamente acalorada. Pero muchos científicos de renombre creen que el experimento para comprobar si la paridad se conserva en las interacciones débiles es un experimento loco, y quienes lo hacen son simplemente una pérdida de tiempo. Incluso Feynman, que fue brillante en la comunidad científica estadounidense y conocido por sus agudos cuestionamientos y sus muchas anécdotas a lo largo de su vida, propuso apostar diez mil a uno a que este experimento nunca tendría éxito.
Bajo la tremenda presión del mundo exterior, Wu Jianxiong no se lo tomó a la ligera en absoluto. En la Navidad de 1956, su experimento fue casi un éxito. Pero Wu Jianxiong estaba muy preocupada. Por un lado, le resultaba difícil creer que un fenómeno tan extraño pudiera ocurrir de forma natural. Por otro lado, también temía que hubieran cometido algunos errores durante el experimento, así que decidió. no revelar los resultados del experimento al mundo exterior por el momento.
El 2 de enero, Wu Jianxiong regresó a la Oficina Nacional de Estándares en Washington desde Nueva York. Ella y cuatro colaboradores verificaron sus experimentos en detalle. Del 2 al 8 de enero fue el período de mayor actividad de su trabajo experimental. Bajaron la temperatura a la baja temperatura del nitrógeno líquido una y otra vez y probaron todos los factores que podrían alterar sus resultados. En ese momento, el estudiante de posgrado Harper siempre dormía en el piso del laboratorio en un saco de dormir cada vez que la temperatura bajaba a la temperatura baja requerida, llamaba a Wu Jianxiong y a otros tres para que se apresuraran a ir a trabajar a la habitación del experimento.
A las dos de la madrugada del 9 de enero finalmente se completaron todas las comprobaciones de los experimentos previstos. Cinco científicos implicados en el experimento se reunieron en el laboratorio para celebrar este gran momento en el. historia de la ciencia. Hudson sonrió y abrió su cajón, sacó una botella de vino tinto francés y varios vasos de papel y los colocó sobre la mesa, y luego bebieron por revertir la ley de conservación de la paridad. Vitorearon alegremente: "¡Está bien, la ley de paridad en la desintegración beta está muerta!"