Chien-Shiung Wu ( chino :吳健雄; pinyin : Wú Jiànxióng ; Wade–Giles : Wu 2 Chien 4 -hsiung 2 ; 31 de mayo de 1912 - 16 de febrero de 1997) fue una física experimental y de partículas chino-estadounidense que realizó importantes contribuciones en los campos de la física nuclear y de partículas. Wu trabajó en el Proyecto Manhattan , donde ayudó a desarrollar el proceso para separar el uranio en isótopos de uranio-235 y uranio-238 por difusión gaseosa . Es más conocida por realizar el experimento Wu , que demostró que la paridad no se conserva . Este descubrimiento dio como resultado que sus colegas Tsung-Dao Lee y Chen-Ning Yang ganaran el Premio Nobel de Física en 1957 , mientras que la propia Wu recibió el Premio Wolf inaugural en Física en 1978. Su experiencia en física experimental evocó comparaciones con Marie Curie . Sus apodos incluyen la "Primera Dama de la Física", la "Madame Curie china" y la "Reina de la Investigación Nuclear". [1] [2] [3]
Chien-Shiung Wu nació en la ciudad de Liuhe , Taicang en la provincia de Jiangsu , China, [4] el 31 de mayo de 1912, [5] la segunda de tres hijos de Wu Zhong-Yi (吳仲裔) y Fan Fu-Hua (樊復華). [6] La costumbre familiar era que los niños de esta generación tuvieran Chien como el primer carácter ( nombre de la generación ) de su nombre, seguido de los caracteres de la frase Ying-Shiung-Hao-Jie, que significa "héroes y figuras destacadas". En consecuencia, tenía un hermano mayor, Chien-Ying, y un hermano menor, Chien-Hao. [7] Wu y su padre eran extremadamente cercanos, y él alentaba sus intereses apasionadamente, creando un entorno en el que estaba rodeada de libros, revistas y periódicos. [8] La madre de Wu era maestra y valoraba la educación para ambos sexos. [9] Zhongyi Wu, su padre, era ingeniero y progresista social. [10] Participó en la Segunda Revolución de 1913 mientras estaba en Shanghái y se trasladó a Liuhe tras su fracaso. [11] Zhongyi se convirtió en un líder local. Creó una milicia que destruyó a los bandidos locales. También estableció la Escuela Ming De para niñas, con él mismo como director. [12]
Wu recibió educación primaria en la escuela Ming De. [13] Wu creció como una niña modesta e inquisitiva en una familia adinerada. No jugaba al aire libre como los demás niños, sino que escuchaba la recién inventada radio por placer y para aprender. También disfrutaba de la poesía y los clásicos chinos como las Analectas y la literatura occidental sobre la democracia que su padre promovía en casa. Wu escuchaba a su padre recitar párrafos de revistas científicas en lugar de cuentos infantiles hasta que aprendió a leer. [14]
Wu abandonó su ciudad natal en 1923 a la edad de 11 años para ir a la Escuela Normal Femenina N° 2 de Suzhou , que se encontraba a 80 km de su casa. Se trataba de un internado con clases para la formación de profesores y para la enseñanza secundaria regular, y en él se introducían materias científicas que poco a poco se convirtieron en una pasión creciente para la joven Wu. La admisión a la formación de profesores era más competitiva, ya que no se cobraba matrícula ni alojamiento y se garantizaba un puesto de trabajo al graduarse. Aunque su familia podía permitirse pagar, Wu eligió la opción más competitiva y quedó en noveno lugar entre alrededor de 10.000 solicitantes. [15]
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En 1929, Wu se graduó con las mejores notas de su clase y fue admitida en la Universidad Nacional Central de Nanjing . Según las normas gubernamentales de la época, los estudiantes de la escuela de formación de maestros que querían pasar a la universidad debían ejercer como maestros de escuela durante un año. En el caso de Wu, esto sólo se hizo cumplir nominalmente. Fue a enseñar en una escuela pública de Shanghái, cuyo presidente era el famoso filósofo Hu Shih . Hu se convirtió en un icono político muy notable a quien Wu veía como un segundo padre y visitaba a Wu cuando estaba en los Estados Unidos. [16] Hu había sido anteriormente profesor de Wu cuando tomó algunos cursos en el Colegio Nacional de China y quedó impresionada cuando Wu, que se sentaba en el asiento delantero para que su héroe se fijara en ella, terminó y perfeccionó la primera evaluación de tres horas en menos de dos horas. [17] Sus mayores le aconsejaron que "ignorara los obstáculos". Esto era similar a lo que su padre siempre le repetía: "Simplemente baja la cabeza y sigue caminando hacia adelante". [18] [19]
Aunque Wu terminó haciendo investigación científica, su escritura fue considerada sobresaliente gracias a su temprana formación. Su caligrafía china fue elogiada por otros. Antes de matricularse en la Universidad Nacional Central, Wu pasó el verano preparándose para sus estudios con toda su energía habitual. Sintió que su formación y antecedentes en la Escuela Normal de Mujeres de Suzhou no eran suficientes para prepararla para especializarse en ciencias. Su padre la animó a seguir adelante y le compró tres libros para que estudiara por su cuenta ese verano: trigonometría, álgebra y geometría. Esta experiencia fue el comienzo de su hábito de estudiar por su cuenta y le dio la confianza suficiente para especializarse en matemáticas en el otoño de 1930. [20]
De 1930 a 1934, Wu estudió en la Universidad Nacional Central (ahora conocida como Universidad de Nanjing ) y primero se especializó en matemáticas, pero luego se trasladó a física. [21] Se involucró en la política estudiantil. Las relaciones entre China y Japón eran tensas en ese momento, y los estudiantes instaban al gobierno a adoptar una línea más firme con Japón. [22] Wu fue elegida como una de las líderes estudiantiles por sus colegas porque sentían que, dado que era una de las mejores estudiantes de la universidad, su participación sería perdonada, o al menos pasada por alto, por las autoridades. Siendo ese el caso, tuvo cuidado de no descuidar sus estudios. [5] Lideró protestas que incluyeron una sentada en el Palacio Presidencial en Nanjing , donde los estudiantes fueron recibidos por Chiang Kai-shek . [22]
Durante dos años después de graduarse, realizó estudios de posgrado en física y trabajó como asistente en la Universidad de Zhejiang . Se convirtió en investigadora en el Instituto de Física de la Academia Sinica . [2] Su supervisora fue Gu Jing-Wei, una profesora que había obtenido su doctorado en el extranjero en la Universidad de Michigan y alentó a Wu a hacer lo mismo. Se convirtió en un modelo a seguir importante para la joven Wu, quien desarrolló confianza y a veces era franca y honesta cuando daba consejos a amigos cercanos. [23] Wu fue aceptada por la Universidad de Michigan, y su tío, Wu Zhou-Zhi, proporcionó los fondos necesarios. Se embarcó hacia los Estados Unidos con una amiga y química de Taicang , Dong Ruo-Fen (董若芬), en el SS President Hoover en agosto de 1936. [2] Sus padres y su tío la despidieron en el Huangpu Bund cuando subió al barco. [24] Su padre y su tío estaban muy tristes mientras que su madre lloraba ese día, y Wu no sabía que nunca volvería a ver a sus padres. [25] Aunque su familia sobreviviría a la Segunda Guerra Mundial , solo visitaría a los miembros restantes de su familia décadas después cuando hizo viajes a China en la década de 1970. [26]
Wu y Dong Ruo-Fen llegaron a San Francisco , [8] donde los planes de Wu para sus estudios de posgrado cambiaron después de visitar la Universidad de California, Berkeley . [21] Conoció al físico Luke Chia-Liu Yuan , un nieto de clase media de la concubina de Yuan Shikai (el autoproclamado presidente de la nueva República de China y Emperador de China durante seis meses antes de su muerte). [8] Como resultado de su linaje político, Luke no hablaba mucho sobre Yuan Shikai y Wu se burlaba de él después de que ella descubriera la verdad ya que su padre una vez se rebeló contra Yuan Shikai. [27] Yuan le mostró el Laboratorio de Radiación , donde el director era Ernest O. Lawrence , quien pronto ganaría el Premio Nobel de Física en 1939 por su invención del acelerador de partículas ciclotrón . [8]
Wu se sorprendió por el sexismo en la sociedad estadounidense cuando se enteró de que en Michigan a las mujeres ni siquiera se les permitía usar la entrada principal, y decidió que preferiría estudiar en la más liberal Berkeley en California. [28] Wu también se vio influenciada por su interés en las instalaciones de Berkeley, que incluían el primer ciclotrón de Lawrence, pero su decisión decepcionaría a Dong, que estudió en Michigan por su cuenta. Yuan la llevó a ver a Raymond T. Birge , el jefe del departamento de física, y él le ofreció a Wu un lugar en la escuela de posgrado a pesar de que el año académico ya había comenzado. [29] Wu abandonó firmemente sus planes de estudiar en Michigan y se inscribió en Berkeley. [30] Sus compañeros de clase de Berkeley incluían a Robert R. Wilson , quien como otros admiraba secretamente a Wu, [31] y George Volkoff ; [32] sus amigos más cercanos incluían a la estudiante de posdoctorado Margaret Lewis y Ursula Schaefer , una estudiante de historia que eligió permanecer en los Estados Unidos en lugar de regresar a la Alemania nazi . [32] [33]
Wu extrañaba la cocina china y no estaba impresionada con la comida en Berkeley, por lo que siempre cenaba con amigos como Schaeffer en su restaurante favorito, el Tea Garden. [34] Wu y sus amigos recibían comidas gratis que no formaban parte del menú debido a su amistad con el dueño. [35] Wu solicitó una beca al final de su primer año, pero había prejuicios contra los estudiantes asiáticos por parte del jefe de departamento Birge, y a Wu y Yuan se les ofreció en cambio una beca con un estipendio más bajo. Yuan luego solicitó y obtuvo una beca en Caltech . [36] Birge, sin embargo, respetaba a Wu por sus talentos y fue la razón por la que Wu pudo inscribirse a pesar de que el año académico ya había comenzado. [37]
Wu progresó rápidamente en su educación y en su investigación. Aunque Lawrence era oficialmente su supervisor, también trabajó estrechamente con el famoso físico italiano Emilio Segrè . Rápidamente se convirtió en su estudiante favorita y los dos llevaron a cabo estudios sobre la desintegración beta, incluido el xenón, que proporcionarían resultados importantes en el futuro de las bombas nucleares. [38] Según Segrè, Wu era una estudiante popular y talentosa. [36] [39] En su autobiografía, el premio Nobel Luis Álvarez dijo de Wu:
Conocí a esta estudiante de posgrado en ese tiempo de inactividad. Ella ocupaba la misma habitación que yo contigua y la llamaban "Gee Gee" [el apodo de Wu en Berkeley]. Era la física experimental más talentosa y más hermosa que he conocido.
Segrè reconoció la brillantez de Wu y la comparó con la heroína de Wu, Marie Curie , a quien Wu siempre citaba, pero dijo que Wu era más "mundana, elegante e ingeniosa". [40] Mientras tanto, Lawrence describió a Wu como "la física experimental femenina más talentosa que había conocido, y que haría brillar cualquier laboratorio". [41] Cuando llegó el momento de presentar su tesis en 1940, tenía dos partes separadas presentadas de manera muy ordenada. La primera era sobre bremsstrahlung , la radiación electromagnética producida por la desaceleración de una partícula cargada cuando es desviada por otra partícula cargada, típicamente un electrón por un núcleo atómico , y la última sobre el Xe radiactivo. Investigó el primer estudio utilizando fósforo-32 emisor beta , un isótopo radiactivo producido fácilmente en el ciclotrón que Lawrence y su hermano John H. Lawrence estaban evaluando para su uso en el tratamiento del cáncer y como trazador radiactivo . [42] Este fue el primer trabajo de Wu con la desintegración beta , un tema en el que se convertiría en una autoridad. [43] [44]
La segunda parte de la tesis trataba sobre la producción de isótopos radiactivos de Xe producidos por la fisión nuclear de uranio con los ciclotrones de 37 y 60 pulgadas en el Laboratorio de Radiación . [43] [45] Su segunda parte sobre Xe y la fisión nuclear impresionó tanto a su comité, en el que participaban Lawrence y J. Robert Oppenheimer , a quien Wu llamaba cariñosamente "Oppie", que Oppenheimer creyó que Wu sabía todo sobre la sección transversal de absorción de neutrones, un concepto que se aplicaría cuando Wu se uniera al Proyecto Manhattan. [46]
Wu completó su doctorado en junio de 1940 y fue elegida miembro de Phi Beta Kappa , la sociedad de honor académica de los EE. UU. A pesar de las recomendaciones de Lawrence y Segrè, no pudo conseguir un puesto en la facultad de una universidad, por lo que permaneció en el Laboratorio de Radiación como becaria postdoctoral. [43] Debido a sus logros tempranos, el Oakland Tribune publicó un número sobre ella titulado "Investigación destacada en bombardeos nucleares por una pequeña dama china". El informe bromeaba:
Una pequeña niña china trabajaba codo con codo con algunos de los mejores científicos estadounidenses en el laboratorio que estudiaba las colisiones nucleares. Esta niña es la nueva integrante del equipo de investigación de física de Berkeley. La Sra. Wu, o más apropiadamente la Dra. Wu, parece una actriz, una artista o una hija de una familia adinerada en busca de la cultura occidental. Podía ser tranquila y tímida frente a extraños, pero muy segura y alerta frente a físicos y estudiantes de posgrado. China siempre está en su mente. Se sentía muy apasionada y emocionada cada vez que se hacía referencia a "China" y "democracia", ya que la democracia significaba mucho en la década de 1940. Se está preparando para regresar y contribuir a la reconstrucción de China.
Sus planes tendrían que cambiar cuando comenzó la Segunda Guerra Mundial. [47]
Wu y Yuan se casaron en la casa de Robert Millikan , supervisor académico de Yuan y presidente de Caltech, el 30 de mayo de 1942. [48] Ni las familias de la novia ni del novio pudieron asistir debido al estallido de la Guerra del Pacífico . [49] Wu y Yuan se mudaron a la costa este de los Estados Unidos , donde Wu se convirtió en profesora asistente en Smith College , una universidad privada para mujeres en Northampton, Massachusetts , mientras que Yuan trabajaba en radar para RCA . Encontró el trabajo frustrante, ya que sus deberes implicaban solo enseñar y no había oportunidad para la investigación. Apeló a Lawrence, quien escribió cartas de recomendación a varias universidades. Smith respondió nombrando a Wu profesora asociada y aumentando su salario. [50] Aceptó un trabajo de la Universidad de Princeton en Nueva Jersey como la primera mujer miembro de la facultad en la historia del departamento de física, donde enseñó a oficiales de la marina. [51] [43]
En marzo de 1944, Wu se unió a los Laboratorios de Materiales de Aleaciones Sustitutas (SAM) del Proyecto Manhattan en la Universidad de Columbia . Vivía allí en un dormitorio y regresaba a Princeton los fines de semana. [52] El papel de los Laboratorios SAM, encabezados por Harold Urey , era apoyar el programa de difusión gaseosa ( K-25 ) del Proyecto Manhattan para el enriquecimiento de uranio . Wu trabajó junto a James Rainwater en un grupo dirigido por William W. Havens Jr. , [53] cuya tarea era desarrollar la instrumentación del detector de radiación. [43]
En septiembre de 1944, Wu fue contactada por el ingeniero del distrito de Manhattan, el coronel Kenneth Nichols . Wu estaba frustrada por su falta de cátedras y se ofreció como voluntaria para ayudar en el proyecto. Al principio, Wu fue asignada para verificar el efecto de la radiación del reactor construyendo sus propios instrumentos; sin embargo, más tarde fue contactada para un papel mucho más importante. [54] El recién comisionado reactor B , el primer reactor nuclear práctico jamás construido, que estaba ubicado en el sitio de Hanford, se había topado con un problema inesperado, encendiéndose y apagándose a intervalos regulares. John Archibald Wheeler y su socio Enrico Fermi sospecharon que un producto de fisión , Xe-135 , con una vida media de 9,4 horas, era el culpable, y podría ser un veneno o absorbente de neutrones. [55] Segrè entonces recordó la tesis de doctorado de 1940 que Wu había hecho para él en Berkeley sobre los isótopos radiactivos de Xe y le dijo a Fermi que "preguntara a la Sra. Wu". [56] El artículo sobre el tema aún no se había publicado, pero después de que Fermi se pusiera en contacto con Wu, Segrè visitó su dormitorio junto con Nichols y recogió el borrador mecanografiado preparado para la Physical Review . Las sospechas de Fermi y Wheeler se hicieron realidad, el artículo de Wu, sin saberlo, verificó que el Xe-135 era de hecho el culpable del reactor B; resultó tener una sección transversal de absorción de neutrones inesperadamente grande . [53] Wu, recelosa de que su publicación diera información a otras naciones sobre la carrera armamentista de la guerra, esperó unos meses antes de noviembre de 1944, cuando ella y Segrè presentaron un estudio completo sobre estos resultados, que se publicó meses antes de que se usaran las bombas al año siguiente. [57] [58] [59]
Wu también utilizó sus hallazgos en la separación de uranio radiactivo para construir el modelo estándar para producir uranio enriquecido para alimentar las bombas atómicas en la instalación de Oak Ridge, Tennessee, así como para construir contadores Geiger innovadores . [60] Como muchos físicos involucrados en sus últimos años, Wu más tarde se distanció del Proyecto Manhattan debido a su resultado destructivo y recomendó al presidente taiwanés Chiang Kai-shek en 1962 que nunca construyera armas nucleares. Sin embargo, estaba contenta de saber que su familia estaba a salvo en China. [61] [62] Años después, Wu en una rara ocasión se sinceró sobre su participación en la construcción de la bomba,
¿Crees que la gente es tan estúpida y autodestructiva? No. Tengo confianza en la humanidad. Creo que algún día viviremos juntos en paz. [63]
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Después del final de la guerra en agosto de 1945, Wu aceptó una oferta de un puesto como profesora asociada de investigación en Columbia. [64] Permanecería en Columbia por el resto de su carrera y fue nombrada profesora asociada por primera vez en 1952, lo que la convirtió en la primera mujer en convertirse en profesora titular de física en la historia de la universidad. [65] [66]
En noviembre de 1949, Wu experimentó con las conclusiones del experimento mental EPR de Einstein , que llamó al entrelazamiento cuántico "acción fantasmal a distancia". [67] Wu fue la primera en establecer el fenómeno y la validez del entrelazamiento usando fotones a través de la observación de la correlación angular, ya que su resultado confirmó los cálculos de Maurice Pryce y John Clive Ward sobre la correlación de las polarizaciones cuánticas de dos fotones que se propagan en direcciones opuestas. [68] Específicamente, el experimento llevado a cabo por Wu fue la primera confirmación importante de los resultados cuánticos relevantes para un par de fotones entrelazados como aplicables a la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) . [69] [70] [71] [72]
Después de la Segunda Guerra Mundial, se restableció la comunicación con China y Wu recibió una carta de su familia, [73] pero los planes de visitar China se vieron interrumpidos por la guerra civil . [74] Debido a la guerra civil y la toma de poder comunista liderada por Mao Zedong , Wu no regresaría a China hasta décadas después para encontrarse con su tío sobreviviente y su hermano menor. Aunque Wu no apoyaba a Mao, tampoco respetaba particularmente al ahora depuesto presidente Chiang Kai-shek y su esposa Soong Mei-ling . Wu encontró que Soong tenía conciencia de clase, mientras que Chiang, ahora basado en Taiwán , era demasiado complaciente con los asuntos exteriores y estaba dispuesto a dejar que Soong manejara los asuntos diplomáticos por él. [75] Sin embargo, decidió prestar un poco más de apoyo a la República de China o Taiwán, ya que su maestro Hu tenía estrechos vínculos con la antigua república. [76] Debido a la guerra, muchos fueron desplazados y los estudiantes más jóvenes se irían a los Estados Unidos , mientras que los académicos en Estados Unidos no podían regresar a casa. [77] Extrañaba profundamente a China y a menudo acompañaba a Luke a comprar tela para hacer su propio qipao , que siempre usaba debajo de su bata de laboratorio como una forma de recordar el país. [78]
Wu también estaba ocupada debido al nacimiento de su hijo, Vincent (袁緯承 Yuán Wěichéng ), en 1947. [79] Vincent se convirtió en físico como sus padres y asistió a Columbia, siguiendo los pasos de Wu. [80] [81] Al final de la guerra civil en 1949, Yuan se unió al Laboratorio Nacional de Brookhaven y la familia compró otra casa en Long Island . [82] Yuan viajaba regularmente a Brookhaven en Long Island y los fines de semana regresaba a la casa de la familia en Manhattan cerca de la Universidad de Columbia , donde Wu trabajó como su primera profesora de física. [83] Después de que los comunistas llegaron al poder en China ese año, el padre de Wu le escribió instándola a no regresar. Dado que su pasaporte había sido emitido por el gobierno del Kuomintang , le resultó difícil viajar al extranjero ya que lugares como Suiza no reconocían su pasaporte. En ocasiones, su amigo en Suiza, el físico Wolfgang Pauli , tuvo que conseguirle visas especiales para poder entrar al país. Esto finalmente la llevó a tomar la decisión de quedarse en los Estados Unidos. Con la ayuda del presidente de Columbia, Charles H. Townes , Wu se convertiría en ciudadana estadounidense en 1954. [82] [80]
En su investigación de posguerra, Wu, ahora una física establecida, continuó investigando la desintegración beta. Enrico Fermi había publicado su teoría de la desintegración beta en 1934, pero un experimento de Luis Walter Alvarez había producido resultados que discrepaban con la teoría. [84] Wu se propuso repetir el experimento y verificar el resultado. [85] Wu ya estaba muy involucrada en el trabajo sobre la desintegración beta cuando se dedicó al tema en la UC Berkeley. [86] En el año 1949, Wu estableció por completo la teoría de Fermi y mostró cómo funcionaba la desintegración beta, especialmente en la creación de electrones, neutrinos y positrones. [87] Supuestamente, la mayoría de los electrones deberían salir del núcleo a altas velocidades.
Después de una cuidadosa investigación, Wu sospechó que el problema era que una película gruesa y desigual de sulfato de cobre (II) ( CuSO
4) se estaba utilizando como fuente de rayos beta de cobre-64 , lo que estaba provocando que los electrones emitidos perdieran energía. Para solucionar esto, adaptó una forma más antigua del espectrómetro , un espectrómetro solenoidal. Añadió detergente al sulfato de cobre para producir una película fina y uniforme. Luego demostró que las discrepancias observadas eran el resultado de un error experimental; sus resultados eran consistentes con la teoría de Fermi. [88] Ahora se demostró que las velocidades de los electrones que se producían comúnmente en los experimentos eran significativamente más lentas. Por lo tanto, al analizar los materiales radiactivos utilizados por investigadores anteriores, demostró que esta era la causa del problema y no fallas teóricas. De este modo, Wu se estableció como la física líder en desintegración beta. [89] [90] Su trabajo sobre la desintegración beta resultó enormemente beneficioso para su investigación posterior y para la física moderna en general. [91]
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En Columbia, Wu conoció personalmente al físico teórico chino Tsung-Dao Lee . A mediados de la década de 1950, Lee y otro físico teórico chino, Chen Ning Yang , comenzaron a cuestionar una ley hipotética de la física de partículas elementales , la "ley de conservación de la paridad ". Un ejemplo que puso de relieve el problema fue el rompecabezas de las partículas theta y tau , dos extraños mesones aparentemente con cargas diferentes . Eran tan similares que normalmente se los consideraría la misma partícula, [92] pero se observaron diferentes modos de desintegración que dieron como resultado dos estados de paridad diferentes, lo que sugiere queO+yτ+eran partículas diferentes, si se conserva la paridad:
La investigación de Lee y Yang sobre los resultados experimentales existentes los convenció de que la paridad se conservaba para las interacciones electromagnéticas y para la interacción fuerte . Por esta razón, los científicos habían esperado que también fuera cierto para la interacción débil , pero no se había probado, y los estudios teóricos de Lee y Yang mostraron que podría no ser cierto para la interacción débil. Lee y Yang elaboraron un diseño de lápiz y papel de un experimento para probar la conservación de la paridad en el laboratorio. Debido a su experiencia en la selección y luego el desarrollo de la fabricación de hardware, la configuración y los procedimientos de laboratorio, Wu informó a Lee que podía llevar a cabo el experimento . [93] [94]
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Wu decidió hacerlo tomando una muestra de cobalto-60 radiactivo y enfriándola a temperaturas criogénicas con gases líquidos . El cobalto-60 es un isótopo que se desintegra por emisión de partículas beta , y Wu también era experta en desintegración beta . Las temperaturas extremadamente bajas eran necesarias para reducir la cantidad de vibración térmica de los átomos de cobalto a casi cero. Además, Wu necesitaba aplicar un campo magnético constante y uniforme a lo largo de la muestra de cobalto-60 para hacer que los ejes de giro de los núcleos atómicos se alinearan en la misma dirección. Para este trabajo criogénico, necesitaba las instalaciones de la Oficina Nacional de Normas y su experiencia en el trabajo con gases líquidos, y viajó a su sede en Maryland con su equipo para llevar a cabo los experimentos. [95]
Los cálculos teóricos de Lee y Yang predecían que las partículas beta de los átomos de cobalto-60 se emitirían de forma asimétrica y que la hipotética "ley de conservación de la paridad" no era válida. El experimento de Wu demostró que efectivamente es así: la paridad no se conserva en las interacciones nucleares débiles.O+yτ+son de hecho la misma partícula, que hoy se conoce como kaón ,K+. [96] [97] [98] Este resultado fue pronto confirmado por sus colegas de la Universidad de Columbia en diferentes experimentos, y tan pronto como todos estos resultados fueron publicados (en dos artículos de investigación diferentes en el mismo número de la misma revista de física), los resultados también fueron confirmados en muchos otros laboratorios y en muchos experimentos diferentes. [99] [100]
El descubrimiento de la violación de la paridad fue una contribución importante a la física de partículas y al desarrollo del Modelo Estándar . El descubrimiento en realidad sentó las bases para el desarrollo del modelo, ya que el modelo se basaba en la idea de la simetría de las partículas y las fuerzas y en cómo las partículas a veces pueden romper esa simetría. [101] [102] La amplia cobertura de su descubrimiento impulsó al descubridor de la fisión Otto Frisch a mencionar que los de Princeton solían decir que su experimento era el más impactante desde el experimento de Michelson-Morley que inspiró la Teoría de la Relatividad de Einstein . [103] La AAUW lo llamó la solución al mayor enigma de la ciencia. [104] Más allá de mostrar la característica distintiva de la interacción débil de las otras tres fuerzas convencionales de interacción, esto eventualmente condujo a la violación general de CP o la violación de la simetría de paridad de conjugación de carga. [105] Esta violación significó que los investigadores podían distinguir la materia de la antimateria y crear una solución que explicaría la existencia del universo como uno que está lleno de materia. [106] Esto se debe a que la falta de simetría dio la posibilidad de un desequilibrio materia-antimateria que permitiría que la materia existiera hoy en día a través del Big Bang . [107]
Lee y Yang recibieron el Premio Nobel de Física en 1957 por su trabajo teórico, [108] a pesar de una "firme tradición" [109] [110] de que la gran mayoría [111] de los premios anteriores y posteriores se otorgaran a experimentalistas, no a teóricos. El comité Nobel omitió la contribución crítica de Wu, que proporcionó la confirmación experimental que demostraba la violación de CP a través de su riguroso experimento. [112] [113] Yang y Lee intentaron nominar a Wu para un futuro premio Nobel y le agradecieron en sus discursos. Fue nominada al menos siete veces antes de 1966, cuando el comité Nobel anunció que ocultarían su lista de nominados para evitar una mayor controversia pública. [114] El premio Nobel de 1988, Jack Steinberger, con frecuencia lo llamó el mayor error del comité Nobel. El papel de Wu en el descubrimiento no fue honrado públicamente hasta 1978, cuando se le otorgó el Premio Wolf inaugural . El amigo de Wu, Pauli, que era conocido por ser el creador del principio de exclusión de Pauli , estaba seguro de que la paridad era cierta y se sorprendió con el descubrimiento. Él, como muchos otros físicos conocidos, perdió una gran apuesta hipotética por apostar contra el resultado final. Más tarde escribió sobre sus sentimientos sobre el descubrimiento a su colega de Princeton John M. Blatt : "No sé si alguien le ha escrito todavía sobre la muerte repentina de la paridad. La señorita Wu ha hecho un experimento con la desintegración beta de núcleos de Co orientados que muestra que la paridad no se conserva en la desintegración β... Todos estamos bastante conmocionados por la muerte de nuestra querida amiga, la paridad". [115] Más tarde se sintió aún más confundido cuando se enteró de que a Wu se le había negado el premio Nobel, e incluso creyó que había predicho el evento a través de su análisis de sueños realizado por el Dr. Carl Gustav Jung . [116] [117]
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Wu se convirtió rápidamente en profesora titular en 1958, y más tarde fue nombrada la primera Profesora Michael I. Pupin de Física en 1973. [118] Algunos de sus traviesos estudiantes la llamaban la Dama Dragón , en honor al personaje de ese nombre en la tira cómica Terry and the Pirates debido a la estrictez de Wu y sus altos estándares de excelencia. [119] A pesar de esto, Wu en realidad trataba a sus estudiantes como a sus hijos y, a menudo, almorzaba con ellos y conocía a sus séquitos. [120] Hacía esto mientras trabajaba de 8 a. m. a 7 u 8 de la tarde, con su salario todavía muy bajo hasta que se incrementó drásticamente después de que Robert Serber fuera instalado como el nuevo presidente. [121] Sus descubrimientos demostraron ser importantes en física y su trabajo incluso se trasladó a la biología y la medicina, donde sus contribuciones se volvieron extremadamente influyentes para ciertos estudios sobre los cambios moleculares en los glóbulos rojos que causaban la enfermedad de células falciformes o anemia. [122]
En diciembre de 1962, Wu demostró experimentalmente una forma universal y una versión más precisa del antiguo modelo de desintegración beta de Fermi, [123] confirmando la hipótesis de la corriente vectorial conservada (CVC) de Richard Feynman y Murray Gell-Mann en el camino hacia el Modelo Estándar. Ella publicaría los resultados en el año siguiente. En este experimento, Gell-Mann se acercó a ella después de que él y Feynman se dieron cuenta de que necesitaban un experto en física experimental para probar su hipótesis. Gell-Mann le suplicó a Wu: "¿Cuánto tiempo te persiguieron Yang y Lee para que siguieras su trabajo?" [124] Su hipótesis fue influenciada por la demostración de Wu de que la paridad no se conservaba, lo que puso en tela de juicio otras suposiciones que los físicos han hecho sobre la interacción débil. La pregunta era si la paridad no se puede conservar en la interacción de fuerza débil, entonces la conservación de la conjugación de carga también podría estar en disputa. La conservación y la simetría eran leyes básicas que se aplicaban al electromagnetismo, la gravedad y la interacción fuerte, por lo que se había asumido durante décadas que también debían aplicarse a la interacción débil hasta que Wu desacreditó estas leyes. Esto también fue crucial para el futuro descubrimiento de la fuerza electrodébil .
Wu trabajó con varios estudiantes asistentes, entre ellos YK Lee, Mo Wei o LW Mo y Lee Rong-Gen de Corea. Utilizando un acelerador Van de Graaff en Columbia con haces de protones, hidrógeno pesado y helio, pudieron realizar su notable experimento. Los espectros de rayos beta se midieron en el magnetómetro espectroscópico a cincuenta pies del acelerador. Las fuentes de desintegración beta B-12 y N-12 se produjeron en el magnetómetro. Los laboratorios estaban cerrados a medianoche y Mo tuvo que crear una llave duplicada para que todos pudieran entrar y salir del laboratorio a escondidas durante las primeras horas de la mañana. Mo acompañaba a Wu a su apartamento en Manhattan. El descubrimiento de Wu se presentó en el hotel Hilton el 26 de enero de 1963. Wu estaba satisfecha con el logro y mencionó que proporcionaba una base completa para la teoría de la desintegración beta de Fermi, así como también brindaba apoyo a la teoría del neutrino de dos componentes, que su experimento de paridad estableció por primera vez. [125] Feynman estaba muy contento con el anuncio y estaba tan orgulloso del resultado que llamó a la teoría CVC, junto con su diagrama y trabajo en electrodinámica cuántica , uno de sus mayores logros científicos. [126] [127]
Más tarde, en la década de 1960, Wu realizó más experimentos sobre la desintegración beta, específicamente sobre la desintegración beta doble . Entró en una mina de sal de 2000 pies de profundidad debajo del lago Erie en Ohio para investigar sobre los átomos muónicos en los que los muones toman el lugar de los electrones en los átomos normales. El trabajo realizado aquí allanaría el camino para su futuro descubrimiento en la década de 1980. [97]
Más tarde, Wu escribió un libro de texto con Steven Moszkowski titulado Beta Decay , que se publicó en 1966. [121] Fue el primer estudio exhaustivo sobre la desintegración beta, y el libro rápidamente se convirtió en la referencia estándar sobre el tema; sigue siendo una de las referencias estándar en el siglo XXI. [128] [129]
El hermano mayor de Wu murió en 1958, su padre al año siguiente y su madre en 1962. El Departamento de Estado de los Estados Unidos había impuesto severas restricciones a los viajes de sus ciudadanos a los países comunistas, por lo que a Wu no se le permitió visitar China continental para asistir a sus funerales. [130] Vio a su tío, Wu Zhou-Zhi, y a su hermano menor, Wu Chien-Hao, en un viaje a Hong Kong en 1965. Después de la visita de Nixon a China en 1972 , las relaciones entre los dos países mejoraron y visitó China nuevamente en 1973. Wu casi visitó China en 1956, pero decidió quedarse en los EE. UU. para terminar su famoso experimento mientras su esposo visitaba China. Cuando regresó, su tío y su hermano habían perecido en la Revolución Cultural y las tumbas de sus padres habían sido destruidas. Fue recibida por Zhou Enlai , quien se disculpó personalmente por la destrucción de las tumbas. Después de esto, regresó a China y Taiwán varias veces. [26]
Durante finales del siglo XX, Wu continuó siendo considerada como la mejor física experimental del mundo y muchos siguieron pidiendo su orientación para probar ciertas hipótesis. [131] Herwig Schopper , quien era el director general del CERN , comentó que los físicos creían que "si el experimento fue realizado por Wu, debe ser correcto". [132] Realizó experimentos sobre espectroscopia de Mössbauer y su aplicación en el estudio de la anemia de células falciformes . Investigó sobre los cambios moleculares en la deformación de las hemoglobinas que causan esta forma de anemia. También realizó investigaciones sobre magnetismo en la década de 1960. [130] Wu trabajaría más tarde en el teorema de Bell , que mostró resultados que confirmaron la interpretación ortodoxa de la mecánica cuántica. [133]
En su vida posterior, Wu se volvió más franca. Protestó por el encarcelamiento en Taiwán de los suegros del físico Kerson Huang en 1959 y del periodista Lei Chen en 1960. [134] Con la ayuda de su maestro Hu Shih, los suegros de Huang finalmente fueron liberados bajo fianza. La sentencia de Lei fue reducida a diez años por el presidente Chiang Kai-shek. [135] En 1964, se pronunció contra la discriminación de género en un simposio en el Instituto Tecnológico de Massachusetts . [136] "Me pregunto", preguntó a su audiencia, "si los diminutos átomos y núcleos, o los símbolos matemáticos, o las moléculas de ADN tienen alguna preferencia por el tratamiento masculino o femenino", lo que cosechó un fuerte aplauso de la audiencia. [137] Cuando los hombres se referían a ella como la profesora Yuan, ella los corregía de inmediato y les decía que ella era la profesora Wu. [138 ]
En 1975, el director del departamento de física, Serber, descubrió que Wu tenía un salario mucho más bajo que sus colegas masculinos, pero que ella nunca había informado al respecto, por lo que ajustó su salario para que fuera igual al de sus homólogos masculinos, incluso si a Wu solo le importaba la investigación en Columbia. [139] Wu bromeó más tarde:
En China hay muchísimas mujeres en el campo de la física. En Estados Unidos existe la idea errónea de que las mujeres científicas son todas solteronas desaliñadas. Esto es culpa de los hombres. En la sociedad china, a la mujer se la valora por lo que es y los hombres la alientan a alcanzar sus logros, pero ella sigue siendo eternamente femenina. [140]
Las convicciones y la defensa de Wu mantuvieron una fuerte prioridad por el avance de las ciencias. Más tarde, en 1975, como la primera mujer presidenta de la Sociedad Estadounidense de Física , Wu se reunió con el presidente Gerald Ford para solicitarle formalmente que creara un organismo científico asesor para el presidente, lo que el presidente Ford concedió y firmó como ley la formación de la Oficina de Política Científica y Tecnológica . [141]
Wu también siguió siendo una defensora de los derechos humanos mientras protestaba contra la represión en China que siguió a la masacre de la Plaza de Tiananmen en 1989. [ 142] En 1978, recibió el primer Premio Wolf en Física. Uno de sus criterios consideraba a quienes se pensaba que merecían ganar un Premio Nobel sin recibirlo. [143] Se retiró en 1981 [136] y se convirtió en profesora emérita . [144]
Wu pasaría la mayor parte de su tiempo en sus últimos años visitando la República Popular China , Taiwán y diferentes estados de Estados Unidos. Se hizo famosa por su firme promoción de la enseñanza de materias STEM a todos los estudiantes independientemente del género o cualquier otra causa discriminatoria. Wu sufrió un derrame cerebral el 16 de febrero de 1997 en la ciudad de Nueva York. Una ambulancia la llevó rápidamente al St. Luke's–Roosevelt Hospital Center , donde fue declarada muerta. Su nieta, Jada Wu Hanjie, comentó: "Yo era joven cuando vi a mi abuela, pero su modestia, rigurosidad y belleza estaban arraigadas en mi mente. Mi abuela había enfatizado mucho el entusiasmo por el desarrollo científico nacional y la educación, lo cual realmente admiro". [145] [128]
Durante su retiro, Columbia organizó una celebración "para honrar a la Primera Dama de la Física", que obtuvo una gran recepción, y posteriormente se celebró un banquete en el restaurante Qian Jia Fu en Broadway . El galardonado profesor polaco-estadounidense Isidor Rabi dijo que Wu había hecho mayores contribuciones a la ciencia que Marie Curie, a pesar de su apodo como la "Madame Curie china". Maurice Goldhaber bromeó más tarde: "¡La gente evita hacer experimentos en desintegración beta, simplemente porque saben que Wu Chien-Shiung hará un mejor trabajo que nadie!" [146] Se encuestó a los otros físicos para conocer sus opiniones sobre las mejores físicas femeninas, y Wu, Lise Meitner y Curie ocuparon diferentes órdenes según sus estándares; Leon Lederman señaló que Curie y Wu estaban igualmente por encima de Meitner, mientras que Valentine Telegdi clasificó a Wu en primer lugar entre las físicas femeninas. [147] Independientemente de las diferentes opiniones, Wu era muy apreciada por los miembros de la comunidad científica. [148]
De acuerdo con los deseos de Wu, sus cenizas fueron enterradas en el patio de la escuela Ming De que su padre había fundado y a la que ella había asistido cuando era niña. [142]
Una forma de salir de la dificultad es suponer que la paridad no se conserva estrictamente, de modo que
O+yτ+son dos modos de desintegración diferentes de la misma partícula, que necesariamente tiene un único valor de masa y una única vida útil.
