چین‌شیونگ وو و آزمایشی که نشان داد طبیعت همیشه در آینه یکسان نیست
بخش‌های این نوشته
در بعدازظهر پانزدهم جنوری ۱۹۵۷، بخش فزیک دانشگاه کلمبیا در نیویارک نشست خبری برگزار کرد. خبر از آزمایشی می‌آمد که چند هفته پیش در واشنگتن آغاز به نتیجه‌دادن کرده بود. چین‌شیونگ وو و گروهی از پژوهش‌گران اداره ملی استانداردهای امریکا، جهت حرکت ذره‌ها را در یک فرایند هسته‌ای اندازه گرفته بودند. شمارش‌ها نشان می‌داد که دو جهت، نتیجه یکسان نمی‌دهند. این تفاوت به پرسشی مربوط بود که تا آن زمان بیشتر فزیک‌دانان برایش پاسخ روشنی فرض می‌کردند. آیا قانون یک فرایند طبیعی در تصویر آینه‌ای‌اش همان‌گونه باقی می‌ماند؟۱، ۲، ۳
برای رسیدن به آن نشست، وو میان کلمبیا و گروه آزمایش در واشنگتن کار کرده بود. شمارش‌های نخست در روزهای میان کریسمس و سال نو به دست آمد. همکاران باید مطمئن می‌شدند که دستگاه یا روش اندازه‌گیری جهت خاصی را ترجیح نمی‌دهد. مقاله‌ای که در فبروری نشر شد، نتیجه را به نام پنج نفر ثبت کرد. وو نویسنده اول بود. از دل همین کار مشترک، یک پرسش نظری به عددهایی رسیده بود که دیگر پژوهش‌گران می‌توانستند آن‌ها را با نتیجه آزمایش‌های خود بسنجند.۱، ۲، ۴
راهی از چین تا برکلی
وو در ۱۹۱۲ در چین به دنیا آمد و در خانواده‌ای بزرگ شد که به آموزش دختران اهمیت می‌داد. پدرش مدیر مکتب دخترانه بود. او در چین درس خواند و در ۱۹۳۴ تحصیلات دانشگاهی خود را به پایان رساند. بعدتر برای ادامه تحصیل در فزیک به امریکا رفت. در ۱۹۳۶ به سان‌فرانسیسکو رسید و در دانشگاه کالیفرنیا در برکلی نام‌نویسی کرد. زمانی که زنان و مهاجران آسیایی در بسیاری از دانشگاه‌ها فرصت‌های محدودتری داشتند، کار در برکلی برای وو دسترسی به گروهی از فزیک‌دانان و امکانات آزمایشگاهی فراهم کرد.۵، ۶، ۷
در برکلی، وو به پژوهش در فزیک هسته‌ای روی آورد و در ۱۹۴۰ دکترا گرفت. ابتدا در کالج اسمیت درس داد. در ۱۹۴۳ به پرینستون رفت و بنا بر یادنامه آکادمی ملی علوم امریکا، نخستین زن بود که آن دانشگاه به‌عنوان مدرس به کار گرفت. کار تدریس برایش مهم بود و همچنان می‌خواست در لابراتوار تحقیق کند. سال بعد به دانشگاه کلمبیا رفت و در دوران جنگ جهانی دوم در یک برنامه پژوهشی دولتی کار کرد. پس از جنگ، در همان دانشگاه به بررسی واپاشی بتا پرداخت و بخش بزرگ کار علمی بعدی‌اش را در کلمبیا انجام داد.۵، ۶، ۷
واپاشی بتا یکی از تغییرهایی است که در بعضی هسته‌های ناپایدار رخ می‌دهد. در فرایندی که گروه وو بررسی کرد، الکترون‌ها از هسته بیرون می‌آمدند و می‌شد آن‌ها را شمرد. وو سال‌ها پیش از آزمایش تقارن، روی این کار کرده بود که چگونه اندازه‌گیری الکترون‌ها را دقیق‌تر کند. برای پژوهش‌گری که می‌خواست یک پیش‌بینی نظری را آزمایش کند، اهمیت این تجربه در شناخت خطاهای اندازه‌گیری بود. یک اختلاف کوچک در شمارش می‌توانست از خود فرایند یا از طرز کار دستگاه آمده باشد. تفکیک این دو بخشی از کاری بود که وو در کلمبیا دنبال می‌کرد.۳، ۵، ۷
پرسشی درباره چپ و راست
در ۱۹۵۶، تسونگ‌دائو لی و چن‌نینگ یانگ شواهد موجود درباره تقارن در فزیک ذرات را مرور کردند. در بعضی فرایندها انتظار می‌رفت که عوض‌کردن راست و چپ، قانون فزیکی را تغییر ندهد. برای تصور این پرسش می‌توان یک تصویر آینه‌ای را در نظر گرفت. اگر قانونی در تصویر آینه‌ای هم نتیجه هم‌ارز بدهد، می‌گویند آن تقارن حفظ شده است. لی و یانگ دریافتند که برای یک دسته از فرایندها، یعنی برهم‌کنش ضعیف، شواهد آزمایشی موجود برای پذیرش این فرض کافی نبود. آن‌ها در مقاله‌ای راه‌هایی برای آزمودن پرسش پیشنهاد کردند.۲، ۸، ۹
لی پیش از چاپ مقاله با وو درباره آزمایش صحبت کرد. وو تجربه اندازه‌گیری واپاشی بتا را داشت و برای پیش‌برد کار به تخصص گروه دیگری هم نیاز بود. در واشنگتن، ارنست امبلر، ریموند هیوارد، دیل هاپس و رالف هادسن در اداره ملی استانداردها در کار اندازه‌گیری‌های دقیق تجربه داشتند. امبلر در گفت‌وگویی که سال‌ها بعد ثبت شد، از سهم وو در تشخیص و شمارش ذره‌ها یاد کرد. تقسیم کار از همان پرسش اولیه برمی‌آمد. برای رسیدن به نتیجه، گروه باید بتواند شرایط آزمایش را کنترل کند و شمارش‌ها را با اطمینان تفسیر کند.۱، ۲، ۳، ۱۰
مقاله لی و یانگ در اکتوبر ۱۹۵۶ در فزیکال ریویو چاپ شد. مسئله‌ای که آن‌ها در آن مقاله مطرح کرده بودند، به تجربه روزمره فزیک‌دانان مربوط می‌شد. اگر تقارن راست و چپ در برهم‌کنش ضعیف هم برقرار می‌بود، شمار ذره‌هایی که در جهت‌های متناظر ثبت می‌شدند باید با پیش‌بینی تقارن سازگار می‌بود. برای آزمودن این انتظار، گروه وو در واشنگتن از یک نمونه کبالت پرتوزا استفاده کرد و توزیع جهت الکترون‌ها را بررسی کرد. آنچه نتیجه را تعیین می‌کرد، رابطه میان جهت اندازه‌گیری و شمار ثبت‌شده بود.۲، ۴، ۸
روزهای میان کریسمس و سال نو
بنا بر تاریخچه اداره استانداردها، نخستین نتیجه‌های روشن در روزهای پایانی دسمبر ۱۹۵۶ ظاهر شدند. الکترون‌ها در یک جهت بیشتر از جهت مقابل ثبت می‌شدند. پژوهش‌گران با تغییر شرایط مشاهده و مقایسه نتیجه‌ها، بررسی کردند که تفاوت به دستگاه مربوط نباشد. این بخش از کار برای پذیرش نتیجه اهمیت داشت. انتظار قبلی بسیاری از فزیک‌دانان بر این بود که قانون طبی در این مورد میان چپ و راست فرق نمی‌گذارد. برای تغییر چنین انتظاری، گروه باید نشان می‌داد که اثر ثبت‌شده با تغییر در شرایط آزمایش همان رفتار پیش‌بینی‌شده را دارد.۱، ۲، ۳، ۴
در نیویارک، گروه دیگری با حضور لئون لدرمن نیز یک فرایند متفاوت را بررسی کرد و به شواهدی از نقض همین تقارن رسید. آن بررسی روی همان نمونه وو انجام نشد و به این دلیل اهمیت داشت که نتیجه از راه یک آزمایش دیگر هم دیده می‌شد. لدرمن بعدتر در سخنرانی نوبل خود یاد کرد که خبر نتیجه‌های آغازین وو به گروه او رسید و به آن‌ها کمک کرد پرسش آزمایش‌شان را جدی‌تر دنبال کنند. در جنوری ۱۹۵۷، گزارش‌های هر دو گروه به بحث‌های فزیک‌دانان در نیویارک راه یافت.۲، ۳، ۱۱
در پانزدهم فبروری ۱۹۵۷، گزارش وو و همکارانش در فزیکال ریویو چاپ شد. عنوان مقاله از آزمون حفظ تقارن در واپاشی بتا سخن می‌گفت. در متن علمی، نتیجه به همان فرایند و شرایطی مربوط بود که پژوهش‌گران آزموده بودند. پیام گسترده‌تر این بود که تقارن آینه‌ای را نمی‌توان برای همه فرایندهای مربوط به برهم‌کنش ضعیف فرض کرد. کنفرانس خبری خبر را به بیرون از حلقه متخصصان برد و مقاله به دیگر فزیک‌دانان امکان داد شواهد ثبت‌شده و نحوه رسیدن گروه به نتیجه را بررسی کنند.۲، ۳، ۴
در نسخه چاپی مجله می‌توان این هم‌زمانی را دید. مقاله وو و چهار همکارش از صفحه ۱۴۱۳ شروع می‌شود و گزارش ریچارد گاروین، لئون لدرمن و مارسل واینریش در صفحه ۱۴۱۵ می‌آید. عنوان‌ها از دو نوع واپاشی متفاوت سخن می‌گویند. خواننده همان شماره می‌توانست از یک صفحه به صفحه دیگر برود و ببیند دو گروه چگونه از دو مسیر آزمایشی به پرسش تقارن پرداخته‌اند.۱۵
همه کسانی که روی نتیجه کار کردند در یک محل نبودند. گروه واشنگتن شواهد مربوط به واپاشی بتا را بررسی کرد و گروه نیویارک به سراغ فرایندی دیگر رفت. انجمن فزیک امریکا در تاریخچه خود از نشست‌های پرجمعیت فزیک‌دانان در نیویارک در همان جنوری یاد کرده است. همکارانی که تا آن زمان تقارن را فرض معمول کارشان می‌دانستند، اکنون می‌توانستند نتایج دو پژوهش را در یک جا بشنوند. رسیدن خبر به این جمع بخشی از سرگذشت آزمایش است، زیرا نتیجه باید در برابر پرسش‌های کسانی هم بررسی می‌شد که در لابراتوار حضور نداشتند.۲، ۳، ۱۰، ۱۱
نام وو در گزارش آزمایش
جایزه نوبل فزیک ۱۹۵۷ به لی و یانگ برای پژوهش نظری درباره قوانین تقارن داده شد. در صفحه رسمی جایزه نام این دو ثبت است. در گزارش آزمایشی فبروری، نام وو و چهار همکارش آمده است. از نگاه تاریخی، خواندن این دو سند در کنار هم نشان می‌دهد که پرسش و پاسخ چگونه در دو نوع کار پیش رفتند. لی و یانگ نشان دادند که چه فرضی باید دوباره آزموده شود. وو و همکارانش شرایط آزمون را فراهم کردند و اندازه‌گیری‌هایی به دست آوردند که به رد آن فرض در واپاشی مورد بررسی انجامید.۲، ۴، ۸، ۹
وو در سال‌های بعد در کلمبیا به پژوهش و تدریس ادامه داد. در ۱۹۶۴، در نشستی در انستیتوت تکنالوژی ماساچوست، از تجربه زنان در علم حرف زد و از حاضران پرسید که آیا اتم‌ها، هسته‌ها یا نمادهای ریاضی میان زن و مرد فرقی می‌گذارند. پرسش او به فرصت‌هایی مربوط بود که پیش از رسیدن به لابراتوار و دانشگاه برای پژوهش‌گران فراهم می‌شد. در ۱۹۷۵، وو نخستین زنی شد که به ریاست انجمن فزیک امریکا رسید و در ۱۹۷۸ جایزه ولف فزیک را دریافت کرد.۵، ۶، ۱۲
در ۱۹۶۵، وو و استیون موسکوفسکی کتابی درباره واپاشی بتا نشر کردند. این کتاب به حوزه‌ای مربوط بود که وو سال‌ها پیش از جنجال تقارن روی آن کار می‌کرد و پس از آن نیز دنبال کرد. در بیرون از دانشگاه، دوره مهاجرت او هم فصل دیگری داشت. به روایت اسمیتسونین، وو در ۱۹۵۴ تابعیت امریکا را گرفت و نخستین بار در ۱۹۷۳، پس از ۳۷ سال، به چین برگشت. آن سفر سال‌ها پس از آزمایش واشنگتن انجام شد و او را دوباره به کشوری برد که نخستین آموزش‌هایش را در آن به دست آورده بود.۵، ۱۲، ۱۴
بخشی از وسایل آزمایش پس از آن در مجموعه موزیم ملی تاریخ امریکا نگهداری شد. کنار این ابزار، نام وو و همکارانش در گزارش سال ۱۹۵۷ باقی است. عکس‌های سال‌های بعد هم او را در لابراتوار کلمبیا نشان می‌دهند، جایی که پژوهش درباره ذره‌ها را ادامه داد. در داستان آن زمستان، لحظه اعلام نتیجه در نیویارک بیش از همه دیده شد. پیش از آن، گروهی در واشنگتن بارها به شمارش‌های خود برگشته بود تا روشن شود تفاوتی که می‌بینند از خود فرایند می‌آید. اعتبار خبر نشست جنوری از همان ساعت‌های اندازه‌گیری و بازبینی آمده بود.۱، ۲، ۳، ۱۳
منابع و اعتبار عکس‌ها
- دانشگاه کلمبیا، گاه‌شمار کار وو و نشست خبری جنوری ۱۹۵۷.
- انستیتوت ملی استانداردها و تکنالوژی امریکا، تاریخچه آزمایش تقارن.
- انجمن فزیک امریکا، روایت آزمایش‌های پایان ۱۹۵۶.
- چین‌شیونگ وو و همکاران، گزارش آزمایش واپاشی بتا، ۱۹۵۷.
- آکادمی ملی علوم امریکا، یادنامه علمی چین‌شیونگ وو.
- اداره پارک‌های ملی امریکا، زندگی‌نامه وو و سخنرانی ۱۹۶۴.
- دانشگاه کالیفرنیا در برکلی، زندگی و پژوهش چین‌شیونگ وو.
- تاریخ اداره ملی استانداردها، مقاله لی و یانگ و آزمایش گروه وو.
- بنیاد نوبل، جایزه فزیک ۱۹۵۷.
- انستیتوت ملی استانداردها، خاطرات امبلر و تقسیم کار آزمایش.
- لئون لدرمن، سخنرانی نوبل و خاطره پژوهش موازی.
- انجمن فزیک امریکا، ثبت محل تاریخی آزمایش وو.
- موزیم ملی تاریخ امریکا، وسایل باقی‌مانده از آزمایش.
- اسمیتسونین، زندگی‌نامه وو و بازگشت او به چین.
- فهرست شماره فبروری ۱۹۵۷ فزیکال ریویو، دو گزارش آزمایشی.
- عکس شاخص، چین‌شیونگ وو در لابراتوار دانشگاه کلمبیا در ۱۹۶۳. عکاس ثبت نشده، آرشیف مؤسسه اسمیتسونین، CC0.
