吴健雄为何错失诺贝尔奖

朱安远

袁家骝和吴健雄夫妇婚礼照

美籍华裔女核物理学家、粒子和实验物理学家吴健雄（Chien-Shiung Wu，1912—1997）出生于苏州市太仓浏河镇一个书香世家，1934年获国立中央大学物理学学士学位，1935—1936年在首位华人物理学女博士、中央研究院物理研究所（上海）顾静徽研究员的指导下从事光谱学研究。吴健雄于1936年7月乘船离沪赴美留学，同年8月抵达旧金山伯克利，几天后便结识比她早两周来到伯克利的袁家骝（后转学于加州理工学院），1940年获加州大学伯克利分校（UCB）物理学博士学位，其名义博导是劳伦斯教授，实际导师则是塞格雷。

美籍华裔物理学家袁家骝（Luke Chia-Liu Yuan，1912—2003）是袁世凯之孙，1940年获加州理工学院物理学博士学位，其博导是密立根教授。 1942年5月30日，袁家骝和吴健雄在时任加州理工学院院长密立根教授寓所的花园里举行婚礼，当时在该学院工作的钱学森出任婚礼摄像师。袁家骝和吴健雄夫妇于1947年育独子袁纬承（物理学家），夫妇俩1954年一同入籍美国。知名女科学家因倾心于科研事业，很多人选择终生独身，也有人结婚后不得不离异，因揭示人体大脑GPS定位机制而双双荣获2014年诺贝尔生理学或医学奖的莫泽夫妇于2016年以离婚收场。袁家骝和吴健雄夫妇是事业和家庭双丰收的“神仙眷侣”，其婚姻生活堪称完美。

吴健雄的主要学术贡献

吴健雄因在获得博士学位前后发现并解决了链式反应无法持续的重大技术难题（铀核裂变产生的一种氙会阻止链式反应的可持续性）而被誉为“原子弹之母”，迈特纳因首先正确给出重核裂变现象的理论解释亦享此誉。吴健雄深得“原子弹之父”奥本海默和博导塞格雷的赏识和信任，获得特殊的保密许可，1944年3月至1946年3月作为哥大战时研究部科学组成员从事铀元素气体扩散制程、核裂变放射探测的实验研究和γ射线探测器的改进，从而成为唯一参与过曼哈顿计划的中国人。

吴健雄在工作

吴健雄的实验以精准著称于世，在40余年的科学生涯中，她在实验物理学领域主要做出过三大突出贡献：一是，1946—1952年，在β衰变方面所进行的一系列精确实验，尤其是对β衰变电子能谱学的精确实验研究，为β衰变理论打下了坚实的实验基础。她采用自己的实验结果，对1934—1948年间物理学界在β衰变理论方面的研究工作做了一个总结和分析，澄清了以前的谬误，否定了科诺平斯基-乌伦贝克理论，确立了费米理论，对β衰变机制的确立发挥了关键作用，把β衰变研究推向一个新阶段，从而使她自己成为β衰变（即弱相互作用）研究领域的世界级权威。二是，1957年通过精密实验验证了β衰变中宇称不守恒定律。该实验由吴健雄发起并主导，称之为“吴实验”应属实至名归。三是，1963年以精确的实验结果证实β衰变中矢量流守恒定律，这是1958年由费曼和盖尔曼首先预言的。宇称不守恒定律被证实以后，科学家从实验中总结出弱流是由矢量流和轴矢量流耦合而成的，即V-A弱相互作用理论，其中矢量流是守恒的，称为CVC理论；轴矢量流则是部分守恒，它只在高能现象中才守恒，称为PCAC理论。

青年才俊李政道和杨振宁

θ-τ之谜和李-杨假说

始于1953年的θ-τ之谜（后证实θ和τ实为同一种粒子，即电中性K介子）令粒子物理学界困扰不已而成为当时物理学界所关注的焦点问题。1956年4月上旬召开的罗切斯特会议广泛而深入地讨论了这个疑难问题，会后几天，中国旅美理论物理学家李政道和杨振宁便联袂合作，重新梳理思路，大胆冲破宇称守恒普适性的羁绊，以将检测量从二维标量改为三维赝标量为突破口，完成论文《在弱相互作用中宇称是否守恒？》（1956年10月1日正式发表时，期刊编辑将文题改为“弱相互作用中的宇称守恒质疑”），率先系统性地提出了李-杨假说（经实验验证后便成为物理学定律，即弱相互作用中宇称不守恒定律）：通过演算明确指出已有的弱相互作用实验并未验证过宇称守恒，同时还提出可用4类5种实验方案来检验他们的预言。这些实验方案的提出也凝结着吴健雄的心血和功劳，吴健雄正是作者文末致谢的五人之一。

因受传统观念束缚和囿于成见，当时包括朗道、泡利、布洛赫和费曼等在内的大师级物理学家都想当然地将宇称守恒定律奉为不可动摇的金科玉律。特别是朗道，其手下的约瑟夫·沙皮罗也在积极地破解θ-τ之谜，1956年他本来比李杨早几个月就已得出在介子衰变和β衰变时宇称不守恒的结论，并将论文提交给朗道审定，但朗道自恃智力超群，喜欢独断专行，固执傲慢地将论文束之高阁而置之不理。

李杨从正式发表著名的经典论文《弱相互作用中的宇称守恒质疑》到以这一重大理论成果荣获1957年诺贝尔物理学奖，历时仅13个月整，创下诺奖颁奖史上获奖最快的纪录，这一纪录至今仍未被打破。李政道获诺奖时的年龄不足31岁，迄今仍是次年轻的诺贝尔科学奖得主。当年杨李持有中华民国护照，开创了中国人首次荣膺诺奖的历史。杨振宁和李政道分别于1964年和1962年才入籍美国，2015年杨振宁放弃美国籍而恢复中国籍。

弱相互作用中宇称不守恒的实验验证

吴健雄具有超常的洞察力和智慧，她从李杨口头和预印本上获知他们提出宇称可能不守恒的重要思想以后，深感意义重大，毅然推掉已与夫君规划好的旅行讲学计划，急迫地投入到关于宇称不守恒的实验验证工作之中。当时许多人因对实验前景持悲观态度而不愿意去做，杨振宁由此称赞吴健雄“独具慧眼”则略失偏颇，因泰勒格第小组实验的正式启动时间和吴健雄小组就难分伯仲，事前各自保密，双方互不知情。

吴健雄从1956年5月6日开始考虑并积极准备实验方案，她理所当然地优选自己熟知的超低温下Co-60原子核极化β衰变实验方案，为此她邀请华盛顿国家标准局（NBS）低温实验室的安布勒（E. Ambler）、海沃德（R. W.Hayward）、霍普斯（D. D. Hoppes）和哈德森（R. P. Hudson）四位低温科学家合作进行实验研究。9月中旬，吴健雄在NBS首次面晤安布勒，正式启动实验，实验中的最低温曾低至4 mK，12月2日首次获得正面结果，圣诞节前夜已取得“初步结果”，兴奋异常的吴健雄连夜电话告知李政道实验进展并叮嘱注意保密（吴健雄素来注重保密工作）。吴健雄小组的实验经过严密验证后，于1957年1月9日凌晨2时许终获圆满成功，立下实验验证宇称不守恒的头功。

同样处于兴奋状态的年轻的李政道可能是出于获取更多实验证据的目的，他还是情不自禁地将吴健雄小组的初步实验结果泄密给了其他物理学家并鼓动他们开展进一步的实验验证。伽文-莱德曼小组成员莱德曼在1月4日哥大物理系例行的周五“上海餐馆”午餐会上获知李政道主动透露的吴健雄小组的重要进展以后才引起足够重视，他们深受鼓舞和启发，奋起直追，立刻着手实验，选择π→μ→e级联衰变实验方案，并根据李政道在加速器上做实验的建议（即所谓电子学方法），连夜便构思出简单便捷和高效易判的实验方案，在哥大尼维斯回旋加速器实验室进行实验，1月7日便获“初步结果”，次日6时前实验结束，正式宣告“宇称守恒死了！”（当天6时整由莱德曼电话通知李政道），他们的实验方案设计精巧（因担心宇称不守恒效应微弱，吴健雄小组的实验设计和验证过程则过于谨慎和繁复），后来居上，速度甚快，效率奇高！他们的实验是在得知吴健雄小组的初步实验结果后才开始行动的，可能是出于科学道德和行为规范方面的考虑，再加上李政道的亲自劝阻，报告实验结果的论文并未“抢先”发表（1957年2月15日与吴健雄小组的实验论文同时发表于第105卷第4期《物理学评论》杂志，编辑部收稿日期均是1957年1月15日），文末还对获知吴健雄小组的初步实验结果表示感谢。

吴健雄和NBS科学家（霍普斯缺席合影）

芝加哥大学泰勒格第小组采用照相核乳胶技术来完成π→μ→e级联衰变实验，因泰勒格第在实验过程中赴欧洲奔父丧并陪护母亲过圣诞节而耽搁实验进程。报告实验初步结果的论文于1957年1月17日被编辑部收稿，刊发于1957年3月1日第105卷第5期《物理学评论》，完整结果则刊发于1957年6月15日第106卷第6期《物理学评论》，后文还将前2个实验小组的论文列为参考文献。

1957年1月15日，哥伦比亚大学物理系举行了一场“史无前例”的——语出美国物理学家伯恩斯坦（Jeremy Bernstein），他因1962年5月12日在《纽约客》杂志发表《宇称问题侧记》一文而知名，该文是造成杨李彻底决裂的导火索——新闻发布会，由哥大物理系资深元老级人物拉比教授主持，与会者中包括李政道、吴健雄、伽文（Richard Garwin）、莱德曼以及NBS的安布勒、海沃德和哈德森等。大会宣布吴健雄小组关于宇称不守恒的判决性实验已获圆满成功，宇称守恒定律被推翻，同时还发布哥大伽文-莱德曼小组亦获得实验成功，此事轰动一时而成为科坛佳话。三个小组各自独立地采用不同的实验手段和方法均验证了弱相互作用中的宇称不守恒，其后2～3年内相继有数百个不同实验都能得到相同结论。弱相互作用中宇称不守恒定律的发现，打开了物理学的新视野，促成了人类对自然现象认识的一个根本性变革。

杨振宁认为这种以新闻发布会的方式来宣布一项科研成果不大有格调，故他受邀且被再三敦促，但依然选择缺席。这种论文发表前便以新闻发布会的方式来宣布重大科研成果在业内颇受诟病，故类似事件此后罕有再现。

科学家们通过几十年的努力，对弱相互作用中宇称如何不守恒已基本厘清，但是对宇称为何偏偏独在弱相互作用中不守恒的机制探索仍迷雾重重。

吴健雄与诺贝尔奖擦肩而过

根据诺奖的遴选流程和评选规则，获得诺奖提名是赢取诺奖的前提和必由之路。合格诺奖提名函不得晚于当年1月31日到达各个诺贝尔委员会（简称诺委会），逾期则无效。但诺委会委员们享有一项特权，就是他们的增补提名不受此截止日期的限制，他们可在不晚于首次诺委会会议召开时提交自己的推荐名单。

吴健雄小组的论文正式发表于1957年2月15日，显然已错过当年诺奖的提名截止日（1月31日）。因时间过于紧迫，当时的通讯也远不如当今便利快捷，且对实验验证的优先权存有争议，她也就没能获得物诺委委员的增补提名。因吴健雄根本就没有获得过1957年度诺贝尔物理学奖提名，那么她没能与杨李分享诺物奖也就顺理成章了。检索诺奖官网提名数据库后得知，1958—1966年吴健雄在5个年度内至少曾获得过8人次诺物奖提名，其中包括1964年李政道的1次提名。在杨李获奖之后，就不会再给这项成果颁发诺奖，况且吴健雄的后续研究成果再难以逾越自己，她也就永远错失了荣登诺奖得主殿堂的绝佳机会。

当年颁奖机构（瑞典皇家科学院）不授予吴健雄以诺奖是明智的和合乎情理的最佳选择，基本上不关乎一度曾甚嚣尘上的各种歧视说（如性别歧视说、国别/地域歧视说、种族/族裔歧视说和轻视实验说等）。假若当年吴健雄小组能独享实验验证的优先权，且吴健雄已获诺奖提名（若能独享优先权，就会有利于她获得提名，甚至获得更多的提名），那么她与杨李分享诺奖就会是大概率事件，与所谓实验原创性的高低应该关系不大，只可惜历史是无法假设的。换句话说，吴健雄未能获取诺奖的最根本原因，其根源应归结于李政道的“无意泄密”，他的“不以为意”在客观上导致吴健雄小组丧失独有优先权，从而酿成了不可挽回的极大憾事，这也是李政道事前始料未及的。李政道和吴健雄的私人关系一直良好且亲密，事后李政道对泄密之事颇感懊悔。吴健雄小组的验证实验只是整个验证过程的一部分，假若当年仅有吴健雄一个小组取得验证实验的成功，那么杨李吴的成就就很难在那么短的时间内获得科学界的普遍承认（即影响力会明显削弱），3人或2人分享诺奖也许还要等待一段时间。

2009年7月2日，杨振宁教授在清华大学寓所“归根居”接受杨建邺教授访谈时说：“莱德曼的实验很重要，因为吴健雄的实验只有百分之一二的不对称，而莱德曼的实验几乎是百分之百的准确。”据此可以推定，如果没有伽文-莱德曼小组的实验，仅凭吴健雄小组的实验，杨李也许在1957年还无法获得诺奖。因此，吴健雄与诺奖擦肩而过的最核心原因有二，一是因诺奖颁奖过快，导致吴健雄还未及获得当年诺奖提名；二是吴健雄小组因李政道“口风不紧”而丧失了独享实验验证优先权。吴健雄与包括库提（Nicholas Kurti）在内的某些低温物理学家交恶，这件事与她错失1957年诺物奖并无什么关联，但确实会给她后来因其他成就而赢取诺奖带来负面影响。

吴健雄在李杨研究之初就提供了核心而具体的Co-60原子核极化β衰变的实验思想和方法。吴健雄若想顺利赢取诺奖的途径或前提亦有二，一是在李杨那篇著名的获奖论文中三人联合署名，二是独享实验验证优先权且诺奖并未颁奖过快。吴健雄遗憾地错失诺奖，但她凭借自己卓著的学术成就依然在国际物理学界赢得崇高地位。诺奖的缺失并没有阻碍她成为一位伟大的物理学家。