¿Qué es este loco experimento?
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, la autoridad en desintegración beta, porque la desintegración beta 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 verla.
Wu Jianxiong nunca ha estudiado física de partículas y no conoce los detalles del "misterio θ-τ". Li Zhengdao primero le explicó el "misterio θ-τ" y luego le explicó que él y Yang Zhenning lo habían estudiado varias veces y finalmente creyeron que la paridad solo sería un proceso cuestionable en interacciones débiles. Wu Jianxiong tenía un profundo conocimiento de la desintegración beta en interacciones débiles e inmediatamente se interesó mucho en este problema.
Wu Jianxiong, que había logrado grandes logros en experimentos nucleares, notó que la tecnología de polarización de núcleos atómicos se había desarrollado recientemente en experimentos a baja temperatura en Oxford, Inglaterra, y Leiden, Países Bajos, y en los Estados Unidos. años antes de 1956, generó gran interés. La llamada polarización nuclear simplemente significa hacer que los electrones giratorios de los átomos sean direccionales, de modo que los núcleos atómicos tengan direccionalidad. Esta tecnología es el núcleo de uno de los experimentos que Chen Ning Yang y Li Zhengdao quieren utilizar para probar la conservación de la paridad. Wu Jianxiong decidió inmediatamente 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 esta era una oportunidad de oro para que los físicos nucleares que estudiaban la desintegración beta realizaran un experimento importante y no debían perderla a voluntad. Ella cree que, aunque los resultados experimentales demuestran que la paridad se conserva en la desintegración beta, también aportan evidencia experimental extremadamente importante para esta demostración científica.
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 sobresaliente, porque un científico sobresaliente debe tener una buena visión. La idea de Wu era que incluso si la paridad no fuera el resultado de la conservación, seguiría siendo un buen experimento que debería realizarse porque nunca hubo información sobre la simetría izquierda-derecha en desintegraciones beta pasadas.
Muchos físicos no hicieron este experimento en aquella época porque era realmente difícil. Wu Jianxiong tiene mucho conocimiento sobre técnicas experimentales y comprende completamente las dificultades de este experimento. Este experimento enfrentará desafíos sin precedentes en dos experimentos de física nuclear. En primer lugar, el detector electrónico que detecta la desintegración beta debe colocarse en un entorno de temperatura extremadamente baja y seguir funcionando correctamente. Además, una fuente de radiación beta muy delgada necesita mantener su polarización nuclear durante mucho tiempo para obtener suficientes datos estadísticos. Aunque fue muy difícil y difícil decir cuáles serían los resultados, ella todavía estaba decidida a realizar el experimento de inmediato.
Esa primavera, Wu Jianxiong y su esposo Yuan Jialiu planearon ir a Ginebra para asistir a una conferencia de física de altas energías y luego ir al este de Asia para dar una conferencia. Este es su primer regreso al este de Asia en 20 años desde que abandonaron China en 1936. Originalmente planearon visitar la provincia de Taiwán. Para este viaje, también reservaron un crucero en el RMS Queen Elizabeth para cruzar el Atlántico. Para este experimento, Wu Jianxiong tuvo que dejar que su marido viajara solo. Su marido, Yuan Jialiu, también es físico. Sabía muy bien la importancia de realizar este experimento de inmediato, por lo que después de 20 años fuera de su ciudad natal, emprendió el viaje a casa con emociones encontradas.
Durante este período, Wu Jianxiong hizo preparativos bastante completos para el experimento que estaba decidida a realizar. Aprendió sobre los últimos avances en la ciencia nuclear del cobalto (C60O) en la literatura científica recientemente publicada. Debido a que su experimento es una combinación de tecnología experimental nuclear y tecnología de física de baja temperatura, Wu Jianxiong también está aprendiendo activamente sobre física de baja temperatura.
El propio Wu Jianxiong no es un físico de bajas temperaturas. Sabía que tenía que encontrar un excelente físico de bajas temperaturas con un conocimiento claro de la polarización nuclear que trabajara con ella para llevar a cabo los experimentos.
La Universidad de Columbia de Jianxiong Wu tiene un grupo de investigación de física de bajas temperaturas. Aunque el nivel no es malo, la escala y el nivel de equipamiento no son suficientes. La Oficina Nacional de Estándares en Washington, D.C., es otro laboratorio estadounidense que puede realizar polarización nuclear en ambientes criogénicos.
Amber, que trabajaba allí, provenía del Laboratorio Clavington en Oxford, Inglaterra. Fue uno de los miembros que realizó el experimento de polarización nuclear en la Oficina Nacional de Estándares en 1952. Wu Jianxiong siempre ha estado muy familiarizado con la literatura científica. Sabía que Amber había hecho experimentos sobre la polarización del cobalto (C60O) en sus primeros años, así que encontró a Amber y lo invitó a hacer el experimento que luego cambió la historia.
Amber no comprende del todo el efecto de desintegración beta de este experimento. Le preguntó a Wu Jianxiong si esto mostraría un enorme efecto asimétrico. Wu Jianxiong le dio una respuesta afirmativa, lo que despertó el gran interés de Amber. Cuando Jianxiong Wu buscaba a Amber para colaborar, Amber no tenía idea de quién era, a pesar de que siempre había disfrutado de una gran reputación en el campo de la física nuclear y estaba realizando investigaciones sobre física de bajas temperaturas. Así llamó al físico nuclear George Sumida. Amber le preguntó a Sumida por teléfono: "George, una científica de la Universidad de Columbia, Jianxiong Wu, me llamó. Su experimento es muy interesante. Dime, ¿qué tan buena es ella? ¿Debería hacer este experimento ahora?". Es bastante poderoso". Entonces Amber llamó a Wu Jianxiong y le propuso hacer experimentos con él.
Mientras Wu Jianxiong se preparaba activamente para el experimento, las dudas de Yang Chenning y Li Zhengdao sobre la conservación de la paridad eran ampliamente conocidas en la comunidad física. Pero la mayoría de la gente en ese momento era extremadamente escéptica de que no se pudiera conservar la paridad. Entonces, en ese momento, a excepción de Wu Jianxiong, probablemente pocas personas estaban realmente preparadas para el experimento.
En los dos meses transcurridos desde principios de junio hasta finales de julio, Wu Jianxiong realizó repetidos experimentos sobre los posibles efectos de la física nuclear en entornos de baja temperatura y conoció en detalle varias posibilidades, incluso efectos sutiles. Jianxiong Wu dijo más tarde que si hubiéramos sabido que los efectos asimétricos observados en el experimento eran tan grandes, podríamos haber evitado un examen tan detallado. Sin embargo, todavía cree que siempre vale la pena el esfuerzo de estar bien preparado.
El experimento de Wu Jianxiong es conceptualmente muy simple. Utiliza principalmente una fuente radiactiva potente y luego polariza la fuente radiactiva beta bajo un control adecuado para que tenga una determinada direccionalidad, y luego la coloca en un entorno propicio para la observación para medir si la fuente radiactiva tiene una dirección innata. Sin embargo, el diseño experimental para probar este claro concepto 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 radiactiva. Además, y lo que es más importante, la desintegración del electrón emitido sólo cambia el número de espín pero no la paridad. Esta es la razón por la que Wu Jianxiong, que tiene el conocimiento más autorizado sobre la desintegración beta, supo de inmediato el motivo de la elección del cobalto (C60O).
Luego es necesario polarizar la fuente de radiación para que los electrones emitidos tengan direccionalidad. Según la tecnología de polarización anterior de Ambler, 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 sean direccionales. Para eliminar las interferencias causadas por perturbaciones dentro de los átomos, todo el cristal y la fuente radiactiva deben colocarse en un ambiente extremadamente frío. Para crear este ambiente extremadamente frío, además de utilizar nitrógeno líquido para bajar la temperatura a unos -270°C, también se utiliza una tecnología que elimina el fuerte campo magnético que actúa sobre el cristal para bajar la temperatura nuevamente al cero absoluto. lo que supone sólo menos de -273°C. Temperaturas extremadamente frías de varias milésimas más.
Inicialmente, el equipo experimental de Wu Jianxiong utilizó fuentes radiactivas para crear varios tipos de cristales. Llevó los cristales a Washington, D.C. y los colocó en un ambiente extremadamente frío en la Oficina Nacional de Estándares. Se descubrió que la polarización de la fuente radiactiva sólo duró unos segundos y no se pudo observar en absoluto. ¿Por qué la polarización desapareció tan rápidamente? Wu Jianxiong verificó mucha información y finalmente encontró que la razón de la rápida desaparición de la polarización fue el calor generado por la radiación de la fuente radiactiva lo que provocó que la temperatura aumentara y se alterara. Para resolver este problema, se debe utilizar un cristal grande para proteger todo el cristal pequeño de la fuente radiactiva para evitar que la temperatura aumente. Por tanto, se enfrentaron a enormes dificultades para hacer crecer cristales grandes.
El crecimiento de cristales es una tecnología especial en el campo de la química. Hao consultó a algunos expertos en cristales químicos y descubrió que para obtener cristales del tamaño requerido para el experimento, se requería equipo sofisticado y llevó mucho tiempo completarlo. En ese momento, Wu Jianxiong no tenía mucho dinero y tenía poco tiempo. Entonces le pidió a Fleischmann, un asistente del laboratorio de química, que fuera a la biblioteca del departamento de química para encontrar toda la información que pudiera sobre el cristal. Fleischmann encontró encima de una estantería de la biblioteca del departamento de química un grueso y polvoriento libro de referencia sobre materiales cristalinos publicado en Alemania hace medio siglo. Wu Jianxiong encontró muchos conocimientos sobre cristales que quería saber en este libro.
Armados con este conocimiento, ella y sus estudiantes de posgrado comenzaron a cultivar cristales en un laboratorio ubicado debajo del edificio del Laboratorio de Física Pupin de Columbia. Al principio sólo pudieron desarrollar cristales de unos pocos milímetros, pero este tamaño no cumplía con los requisitos del experimento.
Una noche, una de sus estudiantes de posgrado, Biyawati, trajo a casa algunos ingredientes químicos para hacer cristales. Mientras preparaba la cena, colocó un vaso de vidrio con ingredientes de cristal en la estufa. Debido a la temperatura del horno, muchos de los componentes químicos del cristal se funden en el vaso de precipitados. A la mañana siguiente, inesperadamente encontró un cristal de aproximadamente 1 cm creciendo en el vaso. Era transparente, brillante y muy hermoso. Al ver este resultado, Wu Jianxiong se llenó de alegría. Ella era inteligente e inmediatamente pensó en una manera de superar la dificultad, que era usar luz para calentar y enfriar de manera uniforme para hacer crecer una gran cantidad de cristales. Pasaron tres semanas en el laboratorio y obtuvieron diez monocristales perfectos y de tamaño suficiente.
Con estos cristales, que Ambler llamó "tan hermosos como diamantes", los científicos de Wu Jianxiong y cuatro oficinas nacionales de estándares comenzaron oficialmente sus experimentos. Los experimentos científicos encontrarán varias dificultades, que es el mayor desafío para los científicos. Debido a su sofisticación y complejidad, el experimento de Wu Jianxiong encontró muchos problemas inesperados y no progresó sin problemas.
En un momento dado, para combinar los cristales en un gran escudo, tuvieron que perforar agujeros en los cristales y luego pegarlos. Después de recibir asesoramiento de un experto en cristales, aprendieron que tenían que usar un taladro de dentista para perforar hacia adentro bajo presión para evitar que el fino cristal se agrietara. Sin embargo, el adhesivo que mantiene unidos los cristales falla a temperaturas extremadamente bajas, por lo que utilizaron jabón e incluso hilos de nailon para unirlos. Además, cómo superar el problema de fuga causado por el líquido que se vuelve superfluido a bajas temperaturas del nitrógeno líquido, cómo utilizar una varilla larga de resina transparente para obtener mediciones de la desintegración beta en entornos de baja temperatura, etc. , ha pasado mucho tiempo. Con los años de experiencia de Wu Jianxiong y cuatro científicos de la Oficina Nacional de Estándares, estas dificultades se superaron una por una.
Durante el experimento, dado que Wu Jianxiong todavía se dedicaba a la docencia y la investigación en la Universidad de Columbia, siempre viajaba entre Washington y Nueva York todas las semanas en lugar de quedarse en el laboratorio de la Oficina Nacional de Estándares. Durante el undécimo período, el experimento mostró grandes resultados y todos estaban muy emocionados. Cuando Wu Jianxiong recibió la noticia, corrió allí. A primera vista, sintió que el efecto era demasiado grande y no era el resultado deseado. Más tarde, examinaron el dispositivo experimental y descubrieron que el efecto excesivo fue causado por la tensión generada por el campo magnético que provocó el colapso del objeto experimental en su interior. Después de reorganizar, vieron otro efecto relativamente pequeño en 65438+ a mediados de febrero, y Wu Jianxiong concluyó que este era el efecto que estaban buscando.
Jianxiong Wu siempre ha sido conocida por sus experimentos meticulosos y precisos, por lo que a pesar de los resultados preliminares que encontraron, su actitud se mantuvo cautelosa. Ella cree que se deben realizar verificaciones cada vez más precisas antes de que se puedan publicar los resultados. Al mismo tiempo, Wu Jianxiong también guió a sus estudiantes de posgrado para que comenzaran con el procesamiento de datos y los cálculos para ver si los datos experimentales realmente mostraban el efecto de no conservación de paridad de la desintegración beta.
A medida que avanza el experimento de Wu Jianxiong, cada vez más gente habla de él en el campo de la física, y diferentes historias y rumores surgen uno tras otro, creando una atmósfera extremadamente acalorada. Sin embargo, muchos científicos famosos creen que el experimento para comprobar si la paridad se conserva en las interacciones débiles es un experimento loco, y quienes lo hacen simplemente están perdiendo el tiempo. Incluso Feynman, que fue brillante en la comunidad científica estadounidense y famoso por sus agudos cuestionamientos y muchas anécdotas interesantes de la vida, también propuso que si apostabas diez mil a uno, el experimento nunca tendría éxito.
Bajo la tremenda presión del mundo exterior, Wu Jianxiong no se lo tomó a la ligera. El día de Navidad de 1956, su experimento casi tuvo éxito. Pero Wu Jianxiong estaba muy preocupado. Por un lado, le costaba creer que pudiera existir un fenómeno tan extraño. Por otro lado, temía que cometieran algunos errores durante el experimento, por lo que decidió no revelar los resultados del experimento al mundo exterior por el momento.
Wu Jianxiong regresó a la Oficina Nacional de Estándares desde Nueva York el 2 de octubre de 65438. Ella y cuatro colaboradores reexaminaron sus experimentos en detalle. Del 2 al 8 de octubre de 65438 fue el período de mayor actividad para su trabajo experimental. Una y otra vez, bajaron la temperatura a las temperaturas criogénicas del nitrógeno líquido y probaron todos los factores que podrían anular sus resultados. En ese momento, Harper era un estudiante de posgrado y siempre dormía en el suelo del laboratorio con un saco de dormir. Cada vez que la temperatura bajaba a la temperatura baja requerida, llamaba a Wu Jianxiong y a otras tres personas para que trabajaran en el laboratorio en una fría noche de invierno.
A las dos de la mañana del 9 de octubre de 65438, finalmente completaron todos los experimentos programados. Los cinco científicos que realizaron el experimento se reunieron en el laboratorio para celebrar este gran momento en la 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. Luego beben para revertir la ley de conservación de la paridad. Vitorearon alegremente: "¡Está bien, la ley de paridad en la desintegración beta está muerta!""