Ву Цзяньсюн: Пионер ядерной физики

Введение

Китайско-американский экспериментальный физик Чиен Шиунг Ву (t=吳健雄; 31 мая 1912 – 16 февраля 1997) — китайско-американский физик-экспериментатор, внесший значительный вклад в области ядерной и физики частиц. Ву работала над Манхэттенским проектом, где она участвовала в разработке процесса разделения урана на изотопы уран-235 и уран-238 методом газовой диффузии. Она наиболее известна проведением эксперимента Ву, который доказал, что принцип чётности не сохраняется. Это открытие привело к тому, что её коллеги Цун-Дао Ли и Чэнь Нин Ян получили Нобелевскую премию по физике в 1957 году, а сама Ву была удостоена первой премии Вольфа по физике в 1978 году. Её мастерство в экспериментальной физике вызывало сравнения с Марией Кюри. Её называли «Первой леди физики», «Китайской мадам Кюри» и «Королевой ядерных исследований».

Ранние годы

Чиен Шиунг Ву родилась в городе Люхэ, Тайцан провинции Цзянсу, Китай, 31 мая 1912 года, вторым из трех детей У Чжун И (t=吳仲裔) и Фан Фу Хуа (t=樊復華). В семье существовал обычай давать детям этого поколения имя, начинающееся с иероглифа Чиен (имя поколения), за которым следовали иероглифы из фразы Ин Шиун Хао Цзе, означающей "герои и выдающиеся личности". У нее был старший брат, Чин Ин, и младший брат, Чин Хао. Чиен Шиунг Ву и ее отец были очень близки, и он страстно поддерживал ее интересы, создавая обстановку, в которой она была окружена книгами, журналами и газетами. Мать Чиен Шиунг Ву была учительницей и высоко ценила образование как для мальчиков, так и для девочек. Ее отец, Чжун И У, был инженером и сторонником прогрессивных идей. Он участвовал во Второй революции 1913 года, находясь в Шанхае, и после ее поражения переехал в Люхэ. Чжун И стал местным лидером, организовал ополчение для борьбы с местными бандитами и основал школу Минг Де для девочек, которую возглавил как директор.

Образование

У получила начальное образование в школе Мин Дэ. Ву росла скромным и любознательным ребенком в обеспеченной семье. Она не играла на улице с другими детьми, а вместо этого слушала новоизобретенное радио для удовольствия и получения знаний. Ей также нравилась поэзия и китайская классика, такая как «Лунь Юй» (Аналекты Конфуция), а также западная литература о демократии, которую ее отец поощрял дома. Вместо детских сказок Ву слушала, как отец читал отрывки из научных журналов, пока не научилась читать самостоятельно. В 1923 году, в возрасте 11 лет, Ву покинула родной город, чтобы поступить в Сучжоускую женскую педагогическую школу №2, расположенную в восьмидесяти километрах от ее дома. Это была школа-интернат, где велось обучение как для подготовки учителей, так и для обычной средней школы, и в учебную программу были включены предметы по естественным наукам, которые постепенно становились все большей страстью для юной Ву. Поступление на педагогическое отделение было более конкурентным, поскольку обучение и проживание были бесплатными, а по окончании гарантировалось трудоустройство. Хотя ее семья могла позволить себе оплатить обучение, Ву выбрала более сложный путь и заняла девятое место среди примерно 10 000 претендентов. В 1929 году Ву окончила школу с отличием и была принята в Национальный центральный университет в Нанкине. Согласно правительственным постановлениям того времени, студенты педагогических колледжей, желающие продолжить обучение в университете, должны были отработать один год в качестве школьных учителей. В случае Ву это требование было выполнено лишь формально. Она устроилась преподавать в государственную школу в Шанхае, директором которой был известный философ Ху Ши. Ху стал выдающимся общественным деятелем, которого Ву считала вторым отцом и навещала, когда находилась в Соединенных Штатах. Ранее Ху была учительницей Ву на нескольких курсах в Национальном китайском колледже и была впечатлена тем, как Ву, сидевшая на первом ряду, чтобы привлечь внимание своего кумира, завершила и доработала первое трехчасовое задание менее чем за два часа. Старшие советовали ей «не обращать внимания на препятствия». Это было похоже на то, что отец всегда ей повторял: «Просто опусти голову и продолжай идти вперед». Хотя Ву в итоге посвятила себя научным исследованиям, ее письменные работы считались выдающимися благодаря раннему образованию. Ее китайская каллиграфия вызывала восхищение у окружающих. Перед поступлением в Национальный центральный университет Ву провела лето, усердно готовясь к учебе. Она чувствовала, что ее опыт и подготовка в Сучжоуской женской педагогической школе недостаточны для поступления на факультет естественных наук. Отец поощрял ее к самостоятельному изучению и купил ей три учебника для самостоятельной работы летом: тригонометрию, алгебру и геометрию. Этот опыт положил начало ее привычке к самообразованию и придал ей уверенности в том, чтобы осенью 1930 года поступить на математическое отделение. С 1930 по 1934 год Ву училась в Национальном центральном университете (ныне Нанкинский университет), сначала на математическом факультете, а затем перевелась на физический. Она принимала участие в студенческой политике. В то время отношения между Китаем и Японией были напряженными, и студенты призывали правительство занять более жесткую позицию в отношении Японии. Коллеги избрали Ву одним из студенческих лидеров, полагая, что, поскольку она была одной из лучших студенток университета, ее участие будет прощено или, по крайней мере, проигнорировано властями. Поэтому она старалась не пренебрегать учебой. Ву была принята в Мичиганский университет, а ее дядя, У Чжоу Чжи, предоставил необходимые средства. В августе 1936 года она отправилась в Соединенные Штаты вместе с подругой и химиком из Тайцана, Дун Жоуфэн (董若芬). Ву очень скучала по китайской кухне и была не впечатлена едой в Беркли, поэтому она всегда обедала с друзьями, такими как Шеффер, в своем любимом ресторане «Чайный сад». Благодаря дружбе с владельцем Ву и ее друзья получали бесплатные блюда, не включенные в меню. В конце первого года Ву подала заявку на стипендию, но заведующий кафедрой Бирге проявлял предвзятость к азиатским студентам, и вместо этого Ву и Юань предложили должность ассистента с меньшей оплатой. Юань подала заявку и получила стипендию в Калифорнийском технологическом институте. Однако Бирге уважал талант Ву и именно благодаря ему Ву смогла поступить, даже когда учебный год уже начался. Ву быстро преуспела в учебе и исследованиях. Хотя Лоуренс формально был ее научным руководителем, она также тесно сотрудничала с известным итальянским физиком Эмилио Сегре. Она быстро стала его любимой ученицей, и они вместе проводили исследования по бета-распаду, в том числе ксенона, что в будущем имело важное значение для разработки ядерного оружия. По словам Сегре, Ву была популярной и талантливой студенткой. В своей автобиографии лауреат Нобелевской премии Луис Альварес писал о Ву: «Я познакомился с этой аспиранткой в свободное время. Она жила в соседней комнате и ее звали «Ги Ги» [прозвище Ву в Беркли]. Она была самым талантливым и красивым экспериментальным физиком, которого я когда-либо встречал». Сегре признал гениальность Ву и сравнил ее с кумиром Ву Марией Кюри, которую Ву часто цитировала, но отметил, что Ву была более «светской, элегантной и остроумной». Между тем, Лоуренс описал Ву как «самого талантливого женского экспериментального физика, которого он когда-либо знал, и что она могла бы украсить любую лабораторию». Когда пришло время представить свою диссертацию в 1940 году, она состояла из двух отдельных частей, оформленных очень аккуратно. Первая была посвящена тормозному излучению, электромагнитному излучению, возникающему при замедлении заряженной частицы при отклонении другой заряженной частицей, обычно электрона атомным ядром, а вторая – радиоактивному Xe. Она исследовала первое явление, используя бета-излучающий фосфор-32, радиоактивный изотоп, который легко производился в циклотроне, который Лоуренс и его брат Джон Х. Лоуренс оценивали для использования в лечении рака и в качестве радиоактивного индикатора. Это стало первой работой Ву с бета-распадом, в которой она впоследствии стала авторитетом. Вторая часть диссертации была посвящена получению радиоактивных изотопов Xe путем ядерного деления урана с использованием 37-дюймового и 60-дюймового циклотронов в Радиационной лаборатории. Вторая часть, посвященная Xe и ядерному делению, произвела такое впечатление на комиссию, в которую входили Лоуренс и Дж. Роберт Оппенгеймер, которого Ву ласково называла «Оппи», что Оппенгеймер полагал, что Ву знает все о сечении поглощения нейтронов, концепции, которая будет применена, когда Ву присоединится к «Манхэттенскому проекту». Ву завершила докторскую диссертацию в июне 1940 года и была избрана в «Фи Бета Каппа», американское научное общество. Несмотря на рекомендации Лоуренса и Сегре, она не смогла получить должность преподавателя в университете и осталась в Радиационной лаборатории в качестве постдокторанта. Благодаря своим ранним достижениям, газета «Окленд Трибьюн» опубликовала статью о ней под названием «Выдающиеся исследования в области ядерных бомбардировок маленькой китайской леди». В статье было отмечено: «Маленькая китайская девушка работала бок о бок с ведущими американскими учеными в лаборатории, изучая ядерные столкновения. Эта девушка – новый член исследовательской группы физики Беркли. Мисс Ву, или, точнее, доктор Ву, выглядит как актриса, художница или дочь богатых родителей, ищущая западную культуру. Она может быть тихой и застенчивой в присутствии незнакомцев, но очень уверенной и внимательной в общении с физиками и аспирантами. Китай всегда у нее в мыслях. Она была так страстна и взволнована, когда речь шла о «Китае» и «демократии», поскольку демократия значила так много в 1940-х годах. Она готовится вернуться и внести свой вклад в восстановление Китая». Ее планы пришлось изменить с началом Второй мировой войны.

Wu received primary education at the Ming De School. Wu grew up as a modest and inquisitive child in a well to do family. She did not play outside like the other children but instead would listen to the newly invented radio for pleasure and knowledge. She also enjoyed poetry and Chinese classics such as the Analects, and western literature on democracy that her father promoted at home. Wu would listen to her father recite paragraphs from scientific journals instead of children's stories until Wu learned how to read. Wu left her hometown in 1923 at the age of 11 to go to the Suzhou Women's Normal School No. 2, which was fifty miles from her home. This was a boarding school with classes for teacher training as well as for regular high school, and it introduced subjects in science that slowly became a growing passion for the young Wu. Admission to teacher training was more competitive, as it did not charge for tuition or board and guaranteed a job on graduation. Although her family could have afforded to pay, Wu chose the more competitive option and was ranked ninth among around 10,000 applicants. In 1929, Wu graduated at the top of her class and was admitted to National Central University in Nanjing. According to government regulations of the time, teacher training college students wanting to move on to universities needed to serve as schoolteachers for one year. In Wu's case, this was only nominally enforced. She went to teach at a public school in Shanghai, the president of which was the famous philosopher Hu Shih. Hu became a very notable political icon whom Wu saw as a second father and would visit Wu when she was in the United States. Hu was previously Wu's teacher when she took a few courses at National China College and was impressed when Wu, who sat in the front seat to be noticed by her hero, finished and perfected the first three hour assessment in less than two hours. Her elders advised her to "ignore the obstacles." This was similar to what her father always reiterated to her, "Just put your head down and keep walking forward." Although Wu ended up doing scientific research, her writing was considered outstanding thanks to her early training. Her Chinese calligraphy was praised by others. Before matriculating to National Central University Wu spent the summer preparing for her studies with her usual full force. She felt that her background and training in Suzhou Women's Normal School were insufficient to prepare her for majoring in science. Her father encouraged her to plunge ahead, and bought her three books for her self study that summer: trigonometry, algebra, and geometry. This experience was the beginning of her habit of self study, and it gave her sufficient confidence to major in mathematics in the fall of 1930. From 1930 to 1934, Wu studied at National Central University (now known as Nanjing University) and first majored in mathematics but later transferred to physics. She became involved in student politics. Relations between China and Japan were tense at this time, and students were urging the government to take a stronger line with Japan. Wu was elected as one of the student leaders by her colleagues because they felt that since she was one of the top students at the university, her involvement would be forgiven, or at least overlooked, by the authorities. That being the case, she was careful not to neglect her studies. Wu was accepted by the University of Michigan, and her uncle, Wu Zhou Zhi, provided the necessary funds. She embarked for the United States with a female friend and chemist from Taicang, Dong Ruo Fen (c=董若芬 ), on the in August 1936. Wu sorely missed Chinese cuisine and was not impressed with the food at Berkeley, so she always dined with friends such as Schaeffer at her favorite restaurant, the Tea Garden. Wu and her friends would get free meals that were not part of the menu due to her friendship with the owner. Wu applied for a scholarship at the end of her first year, but there was prejudice against Asian students from the department head Birge, and Wu and Yuan were instead offered a readership with a lower stipend. Yuan then applied for, and secured, a scholarship at Caltech. Birge, however, respected Wu for her talents and was the reason Wu could enroll even though the academic year already started. Wu made rapid progress in her education and her research. Although Lawrence was officially her supervisor, she also worked closely with the famous Italian physicist Emilio Segrè. She quickly became his favorite student and the two conducted studies on beta decay, including xenon, which would provide important results in the future of nuclear bombs. According to Segrè, Wu was a popular student who was talented. In his autobiography, Nobel laureate Luis Alvarez said of Wu, I got to know this graduate student in this idle time. She used the same room next door, and was called "Gee Gee" [Wu's nickname at Berkeley]. She was the most talented and most beautiful experimental physicist I have ever met. Segrè recognized Wu's brilliance and compared her to Wu's heroine Marie Curie, whom Wu always quoted, but said that Wu was more "worldly, elegant, and witty." Meanwhile, Lawrence described Wu as "the most talented female experimental physicist he had ever known, and that she would make any laboratory shine." When it came time to present her thesis in 1940, it had two separate parts presented in very neat fashion. The first was on bremsstrahlung, the electromagnetic radiation produced by the deceleration of a charged particle when deflected by another charged particle, typically an electron by an atomic nucleus, with the latter being on radioactive Xe. She investigated the first study using beta emitting phosphorus 32, a radioactive isotope easily produced in the cyclotron that Lawrence and his brother John H. Lawrence were evaluating for use in cancer treatment and as a radioactive tracer. This marked Wu's first work with beta decay, a subject on which she would become an authority. The second part of the thesis was about the production of radioactive isotopes of Xe produced by the nuclear fission of uranium with the 37 inch and 60 inch cyclotrons at the Radiation Laboratory. Her second part on Xe and nuclear fission so impressed her committee, which featured Lawrence and J. Robert Oppenheimer, whom Wu affectionately called, "Oppie", that Oppenheimer believed that Wu knew everything about the absorption cross section of neutrons, a concept that would be applied when Wu joined the Manhattan Project. Wu completed her PhD in June 1940, and was elected to Phi Beta Kappa, the US academic honor society. In spite of Lawrence and Segrè's recommendations, she could not secure a faculty position at a university, so she remained at the Radiation Laboratory as a post doctoral fellow. Because of her early achievements, the Oakland Tribune released an issue on her entitled "Outstanding Research in Nuclear Bombardments by a Petite Chinese Lady". The report quipped, A petite Chinese girl worked side by side with some top US scientists in the laboratory studying nuclear collisions. This girl is the new member of the Berkeley physics research team. Ms. Wu, or more appropriately Dr. Wu, looks as though she might be an actress or an artist or a daughter of wealth in search of Occidental culture. She could be quiet and shy in front of strangers, but very confident and alert in front of physicists and graduate students. China is always on her mind. She was so passionate and excited whenever "China" and "democracy" were referred to, as democracy meant so much in the 1940s. She is preparing to return and contribute to the rebuilding of China. Her plans would have to change when the Second World War began.

Вторая мировая война и Манхэттенский проект

30 мая 1942 года Ву и Юань поженились в доме Роберта Милликана, научного руководителя Юаня и президента Калтеха. Ни семья невесты, ни семья жениха не смогли присутствовать из-за начала Тихоокеанской войны. Ву и Юань переехали на восточное побережье Соединенных Штатов, где Ву стала ассистент-профессором в колледже Смита, частном женском колледже в Нортгемптоне, штат Массачусетс, а Юань работал над разработкой радаров для RCA. Эта работа её разочаровывала, поскольку её обязанности ограничивались преподаванием, и не было возможности для проведения исследований. Она обратилась к Лоуренсу, который написал рекомендательные письма в несколько университетов. Колледж Смита ответил, предложив Ву должность доцента и повысив ей зарплату. Она приняла предложение Принстонского университета в Нью-Джерси, став первым женским преподавателем в истории физического факультета, где она преподавала офицерам военно-морского флота. В марте 1944 года Ву присоединилась к лабораториям SAM (Substitute Alloy Materials) Манхэттенского проекта при Колумбийском университете. Она жила в общежитии, возвращаясь в Принстон по выходным. Задача лабораторий SAM, возглавляемых Гарольдом Юри, заключалась в поддержке программы газовой диффузии (K 25) Манхэттенского проекта по обогащению урана. Ву работала вместе с Джеймсом Рейнвотером в группе под руководством Уильяма В. Хэвенса-младшего, которой было поручено разработать приборы для регистрации излучения. В сентябре 1944 года с Ву связался инженер Манхэттенского округа, полковник Кеннет Николс. Ву была недовольна отсутствием профессорской должности и предложила свою помощь в проекте. Поначалу Ву была назначена для проверки влияния излучения на реактор, самостоятельно разрабатывая необходимые приборы, но позже её пригласили к участию в более масштабной задаче. Недавно запущенный реактор B, первый в мире практически пригодный ядерный реактор, расположенный на Ханфордском участке, столкнулся с неожиданной проблемой: он регулярно запускался и останавливался. Джон Арчибальд Уилер и его коллега Энрико Ферми подозревали, что причиной является продукт деления – Xe 135 с периодом полураспада 9,4 часа, который мог быть нейтронным ядом или поглотителем. Сегре вспомнил докторскую диссертацию Ву, которую она защитила у него в Беркли в 1940 году, посвященную радиоактивным изотопам Xe, и посоветовал Ферми «спросить у мисс Ву». Статья по этой теме еще не была опубликована, но после того, как Ферми связался с Ву, Сегре вместе с Николсом посетил её комнату в общежитии и забрал машинописный черновик, подготовленный для журнала Physical Review. Подозре́ния Ферми и Уилера подтвердились: работа Ву неосознанно подтвердила, что именно Xe 135 является причиной проблем реактора B, поскольку у него оказалось неожиданно большое сечение поглощения нейтронов. Опасаясь, что публикация её работы предоставит другим странам информацию о гонке вооружений, Ву подождала несколько месяцев, прежде чем в ноябре 1944 года она и Сегре представили полное исследование этих результатов, которое было опубликовано за несколько месяцев до применения бомб в следующем году. Ву также использовала свои открытия в области разделения радиоактивного урана для разработки стандартной модели производства обогащенного урана для топлива атомных бомб на объекте в Ок-Ридже, штат Теннесси, а также для создания инновационных счетчиков Гейгера. Как и многие физики, участвовавшие в проекте в последующие годы, Ву позже дистанцировалась от Манхэттенского проекта из-за его разрушительных последствий и в 1962 году рекомендовала президенту Тайваня Чан Кайши никогда не создавать ядерное оружие. Однако она была рада узнать, что её семья в безопасности в Китае. Спустя годы Ву, в редком интервью, рассказала о своём участии в создании бомбы: «Вы думаете, люди настолько глупы и склонны к саморазрушению? Нет. Я верю в человечество. Я верю, что однажды мы будем жить вместе в мире».

Wu and Yuan were married at the home of Robert Millikan, Yuan's academic supervisor and the President of Caltech, on May 30, 1942. Neither the bride's nor the groom's families were able to attend due to the outbreak of the Pacific War. Wu and Yuan moved to the East Coast of the United States, where Wu became an assistant professor at Smith College, a private women's college in Northampton, Massachusetts, while Yuan worked on radar for RCA. She found the job frustrating, as her duties involved teaching only, and there was no opportunity for research. She appealed to Lawrence, who wrote letters of recommendation to a number of universities. Smith responded by making Wu an associate professor and increasing her salary. She accepted a job from Princeton University in New Jersey as the first female faculty member in the history of the physics department, where she taught officers of the navy. In March 1944, Wu joined the Manhattan Project's Substitute Alloy Materials (SAM) Laboratories at Columbia University. She lived in a dormitory there, returning to Princeton on the weekends. The role of the SAM Laboratories, headed by Harold Urey, was to support the Manhattan Project's gaseous diffusion (K 25) program for uranium enrichment. Wu worked alongside James Rainwater in a group led by William W. Havens Jr., whose task was to develop radiation detector instrumentation. In September 1944, Wu was contacted by the Manhattan District Engineer, Colonel Kenneth Nichols. Wu was frustrated with her lack of professorships and volunteered to help out in the project. In the beginning, Wu was assigned to check the radiation effect of the reactor by building her own instruments; later, however, she was contacted for a much bigger role. The newly commissioned B Reactor, the first practical nuclear reactor ever built, which was located at the Hanford Site had run into an unexpected problem, starting up and shutting down at regular intervals. John Archibald Wheeler and partner Enrico Fermi suspected that a fission product, Xe 135, with a half life of 9.4 hours, was the culprit, and might be a neutron poison or absorber. Segrè then remembered the 1940 PhD thesis that Wu had done for him at Berkeley on the radioactive isotopes of Xe and told Fermi to "ask Ms. Wu". The paper on the subject was still unpublished, but after Fermi contacted Wu, Segrè visited her dorm room together with Nichols and collected the typewritten draft prepared for the Physical Review. The suspicions of Fermi and Wheeler came true, Wu's paper unknowingly verified that Xe 135 was indeed the culprit for the B Reactor; it turned out to have an unexpectedly large neutron absorption cross section. Wu, wary of her publication giving information to other nations on the arms race of the war, waited for a few months before November 1944, when she and Segrè submitted a complete study on these results, which was published months before the bombs were used the next year. Wu also used her findings in radioactive uranium separation to build the standard model for producing enriched uranium to fuel the atomic bombs at the Oak Ridge, Tennessee facility as well as build innovative Geiger counters. Like many involved physicists in their later years, Wu later distanced herself from the Manhattan Project due to its destructive outcome and recommended to the Taiwanese president Chiang Kai shek in 1962 to never build nuclear weapons. However, she was pleased to know that her family was safe in China. Years later, Wu in a rare occasion opened up on her involvement in building the bomb,Do you think that people are so stupid and self destructive? No. I have confidence in humankind. I believe we will one day live together peacefully.

Знаменитые ранние эксперименты и академическая карьера

После окончания войны в августе 1945 года Ву приняла предложение занять должность адъюнкт-профессора-исследователя в Колумбийском университете. Она оставалась в Колумбийском университете на протяжении всей своей карьеры и в 1952 году впервые была назначена доцентом, что сделало её первой женщиной, получившей постоянную должность профессора физики в истории университета. В ноябре 1949 года Ву провела эксперимент, направленный на проверку выводов, сделанных в мысленном эксперименте Эйнштейна EPR, который описывал квантовую запутанность как "жуткое дальнодействие". Ву первой экспериментально подтвердила существование и обоснованность явления запутанности, используя фотоны и наблюдая угловую корреляцию. Её результаты подтвердили расчеты Мориса Прайса и Джона Клайва Уорда относительно корреляции квантовых поляризаций двух фотонов, распространяющихся в противоположных направлениях. В частности, эксперимент Ву стал первым важным подтверждением квантовых результатов, относящихся к паре запутанных фотонов, в контексте парадокса Эйнштейна — Подольского — Розена (EPR).

Китайская гражданская война и постоянное проживание

После Второй мировой войны связь с Китаем была восстановлена, и У получила письмо от своей семьи, но планы посетить Китай были сорваны гражданской войной. Из-за гражданской войны и прихода к власти коммунистов во главе с Мао Цзэдуном, У не вернулась в Китай на протяжении десятилетий, чтобы встретиться со своим оставшимся в живых дядей и младшим братом. Хотя У не поддерживала Мао, она также не испытывала особого уважения к свергнутому президенту Чан Кайши и его жене Сун Мэйлин. У считала Сун Мэйлин классово предвзятой, а Чан Кайши, обосновавшегося на Тайване, – излишне самоуспокоенным в вопросах внешней политики и готовым передать дипломатические дела Сун Мэйлин. Однако она решила оказать несколько большую поддержку Китайской Республике, или Тайваню, поскольку её учитель Ху поддерживал тесные связи со старой республикой. Из-за войны многие лишились крова, а молодые студенты уезжали в Соединенные Штаты, в то время как ученые в Америке не могли вернуться домой. Она глубоко скучала по Китаю и часто ходила с Люком покупать ткань, чтобы сшить себе ципао – как способ сохранить память о родине, которую она всегда носила под лабораторным халатом. У также была занята рождением сына Винсента (t=袁緯承 Yuán Wěichéng) в 1947 году. Винсент, как и его родители, стал физиком и поступил в Колумбийский университет, продолжив путь У. К концу гражданской войны в 1949 году Юань присоединился к Брукхейвенской национальной лаборатории, и семья приобрела еще один дом на Лонг-Айленде. Юань регулярно ездила в Брукхейвен на Лонг-Айленд, а по выходным возвращалась в дом семьи на Манхэттене, недалеко от Колумбийского университета, где У работала первым женщиной-профессором физики. После прихода коммунистов к власти в Китае в том же году, её отец написал ей, умоляя не возвращаться. Поскольку её паспорт был выдан правительством Гоминьдана, ей было сложно путешествовать за границу, так как такие страны, как Швейцария, не признавали его. Иногда её друг в Швейцарии, физик Вольфганг Паули, должен был оформлять для неё специальные визы, чтобы она могла въехать в страну. В конечном итоге это привело к её решению остаться в Соединенных Штатах. С помощью председателя Колумбийского университета Чарльза Таунса, У получила гражданство США в 1954 году.

After the second world war, communication with China was restored, and Wu received a letter from her family, but plans to visit China were disrupted by the civil war. Due to the civil war and communist takeover led by Mao Zedong, Wu would not return to China until decades later to meet her surviving uncle and younger brother. Though Wu did not support Mao, she also did not particularly respect the now deposed president Chiang Kai shek and his wife Soong Mei ling. Wu found Soong to be class conscious, while Chiang, now based on Taiwan, was too complacent with foreign affairs and willing to let Soong handle diplomatic issues for him. However she decided to lend a bit more support to the Republic of China or Taiwan, as her teacher Hu carried close ties with the old republic. Due to the war, many were displaced and younger students would leave for the United States, while scholars in America could not return home. She missed China deeply and would often go with Luke to buy fabric to make her own qipao as a way to remember the country, which she always wore under her lab coat. Wu was also busy due to the birth of her son, Vincent (t=袁緯承 Yuán Wěichéng), in 1947. Vincent became a physicist like his parents and attended Columbia, following in Wu's footsteps. By the end of the civil war in 1949, Yuan joined the Brookhaven National Laboratory, and the family bought another home in Long Island. Yuan would regularly travel to Brookhaven in Long Island, and on weekends return to the family's Manhattan home near Columbia University where Wu worked as its first female physics professor. After the communists came to power in China that year, Wu's father wrote urging her not to return. Since her passport had been issued by the Kuomintang government, she found it difficult to travel abroad as places such as Switzerland did not recognize her passport. Sometimes her friend in Switzerland, physicist Wolfgang Pauli, had to secure her special visas just to enter the country. This eventually led to her decision to stay in the United States. With the help of Columbia chairman Charles H. Townes, Wu would become a US citizen in 1954.

Установление бета-распада

В своих исследованиях после войны Ву, к тому времени уже признанный физик, продолжала изучать бета-распад. Энрико Ферми опубликовал свою теорию бета-распада в 1934 году, но эксперимент, проведенный Луисом Вальтером Альваресом, дал результаты, не согласовавшиеся с теорией. Ву решила повторить эксперимент и подтвердить полученный результат. Она уже активно занималась изучением бета-распада, начав эту работу в Калифорнийском университете в Беркли. В 1949 году Ву окончательно подтвердила теорию Ферми и показала, как происходит бета-распад, в частности, при образовании электронов, нейтрино и позитронов. Предполагалось, что большинство электронов должно вылетать из ядра на высоких скоростях. После тщательного исследования Ву заподозрила, что проблема заключалась в использовании толстой и неоднородной пленки сульфата меди(II) в качестве источника бета-излучения меди-64, из-за чего испускаемые электроны теряли энергию. Чтобы решить эту проблему, она модифицировала более старую конструкцию спектрометра – соленоидальный спектрометр. Она добавила моющее средство в сульфат меди, чтобы получить тонкую и равномерную пленку. Затем она продемонстрировала, что наблюдаемые расхождения были вызваны экспериментальной ошибкой, а ее результаты соответствовали теории Ферми. Скорость электронов, обычно получаемых в экспериментах, оказалась значительно ниже. Таким образом, анализируя радиоактивные материалы, использованные предыдущими исследователями, она доказала, что именно это было причиной проблемы, а не теоретические недостатки. Ву тем самым утвердилась в качестве ведущего физика в области бета-распада. Ее работа по бета-распад оказалась чрезвычайно полезной для ее дальнейших исследований и для современной физики в целом.

Слабая сила и сохраненный векторный ток

В 1958 году Ву быстро стала полноправным профессором, а в 1973 году была назначена первым профессором физики имени Майкла И. Пупина. Некоторые её озорные студенты называли её Леди Дракон, по аналогии с персонажем из комикса «Терри и пираты», из-за строгости Ву и высоких стандартов качества. Несмотря на это, Ву относилась к своим студентам как к детям и часто обедала с ними, а также знакомилась с их окружением. Она делала это, работая с 8 утра до 7 или 8 вечера, при этом её заработная плата оставалась очень низкой, пока не была значительно увеличена после назначения Роберта Сербера новым председателем. Её открытия оказались важными для физики, а её работа даже перешла в биологию и медицину, где её вклад оказал огромное влияние на некоторые исследования молекулярных изменений в красных кровяных клетках, вызывающих серповидноклеточную анемию. В декабре 1962 года Ву экспериментально продемонстрировала универсальную форму и более точную версию старой модели бета-распада Ферми, подтвердив гипотезу о сохраняющемся векторном токе (CVC) Ричарда Фейнмана и Мюррея Гелл-Манна на пути к Стандартной модели. Результаты она представила в следующем году. В этом эксперименте к ней обратился Гелл-Манн после того, как он и Фейнман поняли, что им нужен эксперт в области экспериментальной физики для доказательства их гипотезы. Гелл-Манн умолял Ву: «Сколько времени Ян и Ли уговаривали вас продолжить их работу?» На их гипотезу повлияла демонстрация Ву того, что паритет не сохраняется, что поставило под сомнение другие предположения физиков о слабом взаимодействии. Вопрос заключался в том, что если паритет не сохраняется при слабом взаимодействии, то сохранение чётности заряда также может быть под вопросом. Сохранение и симметрия были фундаментальными законами, справедливыми для электромагнетизма, гравитации и сильного взаимодействия, поэтому десятилетиями предполагалось, что они также должны действовать для слабого взаимодействия, пока Ву не опровергла эти законы. Это также имело решающее значение для будущего открытия электрослабого взаимодействия. Ву работала с рядом ассистентов, включая Ю. К. Ли, Мо Вэй или Л. В. Мо, и Ли Ронг Гена из Кореи. Используя ускоритель Ван-де-Граафа в Колумбийском университете с пучками протонов, тяжелого водорода и гелия, они смогли провести свой знаменательный эксперимент. Спектры бета-излучения были измерены в магнитометрической спектроскопии в пятидесяти футах от ускорителя. Источники бета-распада B12 и N12 были получены в магнитометре. Лаборатории запирались на ночь, и Мо пришлось сделать дубликат ключа, чтобы все могли тайно проникать в лабораторию и выходить из неё ранним утром. Мо провожала Ву домой в её квартиру на Манхэттене. Открытие Ву было представлено в отеле «Хилтон» 26 января 1963 года. Ву была довольна достижением и отметила, что оно заложило прочную основу для теории Ферми о бета-распаде, а также подтвердило теорию двухкомпонентного нейтрино, которую впервые установил её эксперимент по паритету. Фейнман был очень рад этому объявлению и гордился результатом настолько, что назвал теорию CVC, вместе со своей диаграммой и работой в области квантовой электродинамики, одним из своих величайших научных достижений. Позже, в 1960-х годах, Ву провела дополнительные эксперименты по бета-распаду, в частности, по двойному бета-распаду. Она спустилась в глубокую соляную шахту под озером Эри в Огайо, чтобы исследовать мюонные атомы, в которых мюоны заменяют электроны в обычных атомах. Работа, проведённая там, подготовила почву для будущего открытия в 1980-х годах. Позже Ву написала учебник со Стивеном Мозковским под названием «Бета-распад», который был опубликован в 1966 году. Это было первое всестороннее исследование бета-распада, и книга быстро стала стандартным справочником по этой теме; она остаётся одним из основных справочников и в 21 веке.

Wu quickly became a full professor in 1958, and later on was named the first Michael I. Pupin Professor of Physics in 1973. Some of her impish students called her the Dragon Lady, after the character of that name in the comic strip Terry and the Pirates due to Wu's strictness and high standards of excellence. Regardless of this, Wu actually treated her students like her children and often ate lunch with them as well as got to know their entourages. She would do this while working from 8 am to 7 or 8 in the evening, with her pay still very low until it was drastically increased after Robert Serber was installed as the new chairman. Her discoveries proved to be important in physics and her work even crossed over to biology and medicine, where her contributions became extremely influential to certain studies on the molecular changes in red blood cells that caused sickle cell disease or anemia. In December 1962, Wu experimentally demonstrated a universal form and more accurate version of Fermi's old beta decay model, confirming the conserved vector current (CVC) hypothesis of Richard Feynman and Murray Gell Mann on the road to the Standard Model. She would release the results in the succeeding year. In this experiment, she was approached by Gell Mann after he and Feynman realized they needed an expert on experimental physics to prove their hypothesis. Gell Mann pleaded to Wu, "How long did Yang and Lee pursue you to follow upon their work?" Their hypothesis was influenced by Wu's demonstration that parity was not conserved, which brought other assumptions that physicists have made about the weak interaction into question. The question was if parity cannot be conserved in weak force interaction, then the conservation of charge conjugation could also be in dispute. Conservation and symmetry were basic laws that held true for electromagnetism, gravity, and the strong interaction, so it had been assumed for decades that they should also hold for the weak interaction until Wu debunked these laws. This was also crucial to the future discovery of the electroweak force. Wu worked with a number of student assistants including Y. K. Lee, Mo Wei or L. W. Mo, and Lee Rong Gen from Korea. Using a Van de Graaff accelerator at Columbia with proton, heavy hydrogen, and helium beams, they were able to perform their notable experiment. The beta ray spectra were measured in the magnetometer spectroscopy fifty feet from the accelerator. The beta decay sources B 12 and N 12 were produced in the magnetometer. The laboratories were locked during midnight and Mo had to create a duplicate key for everyone to sneak in and out of the laboratory during the wee hours of the morning. Mo would escort Wu to her Manhattan apartment home. Wu's discovery was presented at the Hilton hotel on January 26, 1963. Wu was pleased with the achievement and mentioned that it gave a complete foundation for Fermi's theory of beta decay as well as provide support for the theory of the two component neutrino, which her parity experiment first established. Feynman was very happy with the announcement and was so proud of the outcome that he called the CVC theory, together with his diagram and work in quantum electrodynamics, one of his finest scientific accomplishments. Later in the 1960s, Wu conducted more experiments on beta decay, specifically on double beta decay. She went inside a 2,000 ft deep salt mine below Lake Erie in Ohio to investigate on muonic atoms in which muons take the place of
electrons in normal atoms. The work conducted here would pave the way for its future discovery in the 1980s. Wu later wrote a textbook with Steven Moszkowski entitled Beta Decay, which was published in 1966. It was the first comprehensive study on beta decay, and the book quickly became the standard reference on the subject; it remains one of the standard references in the 21st century.

Поздние годы и социальная пропаганда

Старший брат У умер в 1958 году, отец — в следующем году, а мать — в 1962 году. Государственный департамент США ввёл жёсткие ограничения на поездки в коммунистические страны для своих граждан, поэтому У не разрешили посетить материковый Китай для участия в их похоронах. Она видела своего дядю У Чжоу Чжи и младшего брата У Цянь Хао во время поездки в Гонконг в 1965 году. После визита Никсона в Китай в 1972 году отношения между двумя странами улучшились, и она вновь посетила Китай в 1973 году. У почти посетила Китай в 1956 году, но решила остаться в США, чтобы завершить свой знаменитый эксперимент, пока её муж посещал Китай. К тому времени, когда она вернулась, её дядя и брат погибли во время Культурной революции, а могилы её родителей были разрушены. Её встретил Чжоу Эньлай, который лично принёс извинения за разрушение гробниц. После этого она несколько раз возвращалась в Китай и на Тайвань. В конце XX века У продолжала считаться ведущим физиком-экспериментатором в мире, и многие обращались к ней за советом в доказательстве определённых гипотез. Гервиг Шоппер, бывший генеральный директор ЦЕРН, заметил, что физики считали: «Если эксперимент проведён У, он должен быть верным». Она проводила эксперименты по спектроскопии Мёссбауэра и её применению в изучении серповидноклеточной анемии. Она исследовала молекулярные изменения в деформации гемоглобина, вызывающие эту форму анемии. Она также занималась исследованиями в области магнетизма в 1960-х годах. Позже У работала над теоремой Белла, результаты которой подтвердили ортодоксальную интерпретацию квантовой механики. В более позднем возрасте У стала более прямолинейной. Она протестовала против заключения под стражу на Тайване родственников физика Керсона Хуанга в 1959 году и журналиста Лэй Чэня в 1960 году. С помощью своего учителя Ху Ши родственники Хуанга в конечном итоге были освобождены под залог. Приговор Лэю был сокращён до десяти лет президентом Чан Кайши. В 1964 году она выступила против гендерной дискриминации на симпозиуме в Массачусетском технологическом институте. «Мне интересно, — спросила она аудиторию, — имеют ли крошечные атомы и ядра, математические символы или молекулы ДНК какое-либо предпочтение к мужскому или женскому обращению?», что вызвало бурные аплодисменты. Когда мужчины называли её профессором Юань, она сразу же поправляла их и говорила, что она профессор У. В 1975 году председатель физического факультета Сербер обнаружил, что У получала гораздо меньшую зарплату, чем её коллеги-мужчины, но она никогда об этом не сообщала, поэтому он скорректировал её зарплату, чтобы она была равна зарплате её коллег-мужчин, даже если У заботилась только об исследованиях в Колумбии. Позже У пошутила: «В Китае очень много женщин в физике. В Америке существует заблуждение, что все женщины-учёные — это нелюдимые старые девы. Это вина мужчин. В китайском обществе женщину ценят за то, какая она есть, и мужчины поощряют её к достижениям, но она остаётся вечно женственной». Защита интересов и убеждённость У сохраняли высокий приоритет для развития науки. Позже, в 1975 году, будучи первой женщиной-президентом Американского физического общества, У встретилась с президентом Джеральдом Фордом, чтобы официально попросить его создать консультативный научный орган при президенте, что президент Форд и сделал, подписав закон о создании Управления по науке и технологической политике. У также продолжала выступать в защиту прав человека, протестуя против репрессий в Китае после резни на площади Тяньаньмэнь в 1989 году. В 1978 году она была удостоена первой премии Вольфа по физике. Одним из критериев было рассмотрение кандидатов, считавшихся достойными Нобелевской премии, но не получивших её. Она вышла на пенсию в 1981 году и стала профессором-эмеритой.

Wu's older brother died in 1958, her father the next year, and her mother in 1962. The United States State Department had imposed severe restrictions on travel to Communist countries by its citizens, so Wu was not permitted to visit mainland China to attend their funerals. She saw her uncle, Wu Zhou Zhi, and younger brother, Wu Chien Hao, on a trip to Hong Kong in 1965. After the 1972 Nixon visit to China, relations between the two countries improved, and she visited China again in 1973. Wu nearly visited in 1956, but decided to stay in the US to finish her famous experiment while her husband visited China. By the time she returned, her uncle and brother had perished in the Cultural Revolution, and the tombs of her parents had been destroyed. She was greeted by Zhou Enlai, who personally apologized for the destruction of the tombs. After this, she returned to China and Taiwan several times. During the late 20th century, Wu continued to be seen as the top experimental physicist in the world and many continued to ask for her guidance in proving certain hypotheses. Herwig Schopper, who was the director general of CERN, commented that physicists believed "if the experiment was done by Wu, it must be correct." She conducted experiments on Mössbauer spectroscopy and its application in the study of sickle cell anemia. She researched on the molecular changes in the deformation of hemoglobins that cause this form of anemia. She also did research on magnetism in the 1960s. Wu would later work on Bell's theorem, which showed results that confirmed the orthodox interpretation of quantum mechanics. In later life, Wu became more outspoken. She protested the imprisonment in Taiwan of the in laws of physicist Kerson Huang in 1959 and of the journalist Lei Chen in 1960. With the help of her teacher Hu Shih, Huang's in laws were eventually released on bail. Lei's sentence was reduced to ten years by President Chiang Kai shek. In 1964, she spoke out against gender discrimination at a symposium at the Massachusetts Institute of Technology. "I wonder," she asked her audience, "whether the tiny atoms and nuclei, or the mathematical symbols, or the DNA molecules have any preference for either masculine or feminine treatment", which garnered heavy applause from the audience. When men referred to her as Professor Yuan, she immediately corrected them and told them that she was Professor Wu. In 1975, physics department chairman Serber discovered that Wu had a much lower pay than her male colleagues but that she had never reported on it, so he adjusted her pay to make it equal to that of her male counterparts even if Wu only cared about the research at Columbia. Wu later quipped, In China there are many, many women in physics. There is a misconception in America that women scientists are all dowdy spinsters. This is the fault of men. In Chinese society, a woman is valued for what she is, and men encourage her to accomplishments, yet she remains eternally feminine. Wu's advocacies and conviction maintained a strong priority for the advancement of the sciences. Later in 1975 as the first female president of the American Physical Society, Wu met with President Gerald Ford to formally request him to create an advisory scientific body for the president, which President Ford granted and signed into law the formation of the Office of Science and Technology Policy. Wu also continued to be an advocate for human rights issues as she protested the crackdown in China that followed the Tiananmen Square massacre of 1989. In 1978, she was awarded the first Wolf Prize in Physics. One of its criteria considered those who were thought deserving to win a Nobel Prize without receiving one. She retired in 1981 and became a professor emerita.

Последние годы и наследие

В последние годы жизни Ву проводила большую часть времени, посещая Китайскую Народную Республику, Тайвань и различные штаты Америки. Она стала известна своим последовательным продвижением обучения предметам STEM всем студентам, независимо от пола или каких-либо других дискриминирующих факторов. 16 февраля 1997 года в Нью-Йорке у Ву случился инсульт. Скорая помощь доставила её в больницу Святого Луки – Рузвельта, где она была объявлена мертвой. Её внучка, Джада Ву Ханьцзе, отметила: «Я была ещё ребёнком, когда видела свою бабушку, но её скромность, строгость и красота глубоко запечатлелись в моей памяти. Бабушка всегда с большим энтузиазмом говорила о развитии науки и образования в стране, и я этим очень восхищаюсь». Во время её выхода на пенсию в Колумбийском университете состоялось торжественное мероприятие в честь «Первой леди физики», которое имело огромный успех, а затем был дан банкет в ресторане Qian Jia Fu на Бродвее. Польско-американский профессор Исидор Раби утверждал, что Ву внесла больший вклад в науку, чем Мария Кюри, несмотря на её прозвище «китайская мадам Кюри». Морис Голдхабер позже пошутил: «Люди стараются избегать экспериментов в области бета-распада, просто потому, что знают, что Ву Чжэньсюань сделает это лучше, чем кто бы то ни было!». Других физиков опросили об их мнении о лучших женщинах-физиках, и Ву, Лиза Мейтнер и Кюри занимали разные места в зависимости от критериев оценки; Леон Ледерман отметил, что Кюри и Ву были одинаково выше Мейтнер, а Валентина Телегди поставила Ву на первое место среди женщин-физиков. Несмотря на различные точки зрения, Ву пользовалась большим уважением в научном сообществе. В соответствии с её желанием, её прах был похоронен во дворе школы Минг Дэ, основанной её отцом и в которой она училась в детстве.