60年代中期,吴健雄在美国俄亥俄州克里夫兰市附近地下两千英尺的小房子中进行双β衰变现象实验。这个环境十分干燥的地下小屋可以使她和合作者以及实验仪器免于受到地底岩洞中盐酸蒸气的伤害,因为他们头顶上很厚而且密度很大的盐岩层提供了一个最佳的保护作用,而且阻挡了宇宙射线,使他们的实验不受外来因素影响。
吴健雄和她所领导的实验小组成员在低温实验室中
研究像双β衰变这样的一种比较罕见的β衰变,事实上是吴健雄延续她多年研究β衰变路途发展而来的。双β衰变主要是源于物理理论的讨论。长久以来,物理学家认为,在中子转换为质子的β衰变中,也会同时放射出中微子来。1928年,英国大物理学家狄拉克提出一个方程式,根据他的这个方程式,中微子和中微子的反粒子(反物质)是不同的。过了4年,费米所发表的著名论文(辐射的量子理论),也是依循了狄拉克的想法。而意大利物理学家马犹纳提出,中微子和其反粒子是相同的,根据他的理论,在两次的β衰变中,头一次中微子可以被第二次所吸收,因而形成只会放射两个电子,所谓无中微子的双β衰变。到了1957年,著名物理学家高德哈和两位合作者,在实验中得出了一个方向性的实验结果,提出β衰变头一次放射的中微子,不可能被第一次吸收,因此,马犹纳的中微子模式中的无中微子双β衰变已经不被物理学家相信。但是,马犹纳的实验与中微子波动方程的分量、中微子的质量和其轻子数相关,在物理学上有其重要性,因此,吸引了吴健雄进行这方面的实验。
1970年,吴健雄与合作者发表了一篇论文,报告他们利用钙的放射性同位素衰变为钛的一种放射性同位素而放射出电子的实验;1975年,他们又利用硒衰变为氪,再进行探究双β衰变中轻子数守恒的实验。这些实验都为双β衰变以及轻子数守恒的理论,增加了相当的精确度。
吴健雄还在1970年完成了一个有关量子力学基本哲学方面的实验,物理学上叫做“爱因斯坦-波多尔斯基-罗森论证”。吴健雄在60年代中期后的10年中,曾经做了大量有关“奇特原子”的实验工作。她利用物理学界曾经公认的穆斯堡尔效应的科学实验利器,研究血球蛋白中铁离子的电子结构,从而探究血红素结构和一种特殊的镰刀血球贫血症的关联。除外,吴健雄还在物理实验探测仪器的发展上,做出了许多杰出工作,显示出她成为一流物理学家的功夫。
吴健雄透彻深刻、视野宽广以及影响深远的物理实验工作,在70年代晚期,逐渐停缓下来。她开始肩负许多的社会责任,也开始关心更多的问题,而这些工作在她1980年正式由哥伦比亚大学退休之后,始终未曾停止。
吴健雄多年的杰出表现获得了各种肯定,得到了不计其数的奖项和荣誉学位,她已得到一致公认的最杰出的物理学家之一的盛誉。(素材来源 江才健著《吴健雄》 文/何寿林 审核/丁锴)