Ву Цзяньсюн

Wu Chien-Shiung (31.05.1912–16.02.1997). Фото з архівів Американського інституту фізики

Ім’я цієї жінки не дуже відоме поза науковим світом. По-перше, заслужена Нобелівська премія їй так і не дісталася. По-друге, китайські імена погано запам’ятовуються європейцями. А даремно. Адже Ву Цзяньсюн називали «королевою ядерних досліджень», «першою леді фізики», «китайською Марією Кюрі». Або просто «мадам Ву» — всім і так було зрозуміло, про кого йде мова. Адже вона була блискучим експериментатором і автором одного з найдивовижніших дослідів в історії фізики — він і зараз відомий як «досвід Ву».

Газета «Нью-Йорк Пост» писала: «У цієї скромної жінки вистачило сил на те, щоб зробити непосильне цілим арміям: вона допомогла зруйнувати те, що вважалося законом природи «.

Через океан

Ву Цзяньсюн народилася в містечку неподалік від Шанхая. Там не було школи для дівчаток, тому її батькові — інженеру — довелося таку школу заснувати і очолити. Потім Ву Цзяньсюн стала студенткою в Нанкіні, де вивчала математику і фізику. Як належить молодим, була політичною активісткою. Як одна з найкращих студенток, їй сходили з рук деякі порушення і навіть участь у сидячому страйку. Але вона розуміла, що для цього треба було залишатися однією з кращих.

Одна з будівель університету в Нанкіні, сучасний вид. Фото: airbus777, flickr.com

Потім, під час наукової роботи в Шанхаї, їй порадили захищати дисертацію в США, і в 1936 році Ву вирушила до Каліфорнії на кораблі через Тихий океан. Пливли вони з подругою — дві дівчини, фізик і хімік. Можливо, тоді Ву ще розраховувала, що повернеться через кілька років. Але, попрощавшись з батьками на шанхайській пристані, вона більше їх не побачила. Друга світова війна, а потім зміна влади в Китаї занадто довго не дозволяли їй приїхати додому.

Океанський лайнер «Президент Гувер»

У США становище Ву було непростим: жінка, яка чомусь хоче робити кар’єру в науці, до того ж приїжджаючи з Азії. Проте Ву опинилася в університеті Берклі, одному з головних центрів ядерної фізики у світі. І встигла попрацювати під керівництвом двох «зірок першої величини»: Ернеста Лоуренса — без п’яти хвилин Нобелівського лауреата за створення циклотрона — і Еміліо Сегре, чия «нобелівка» за антипротон була ще попереду, але інші відкриття (два нових хімічних елементи і «збройовий» ізотоп плутонію) відбувалися якраз тоді.

Люк Юань

Ву захистила дисертацію в 1940 році; через два роки вона вийшла заміж за фізика Люка Юаня. Але влаштуватися на дослідницьку роботу для жінки-китаянки в Каліфорнії було непросто, і вони з чоловіком переїхали на східне узбережжя США.

Тут у 1944 році, працюючи в Колумбійському університеті (Нью-Йорк), Ву Цзяньсюн стала учасницею Манхеттенського проекту — програми розробки ядерної зброї. У цьому проекті були об’єднані вихідці з багатьох країн — Пайерлс і Бете з Німеччини, Фріш і Вайскопф з Австрії, Теллер і Сцилард з Угорщини, Фермі з Італії, Кістяковський з України… А ось китайців, здається, представляла тільки Ву, яка працювала над програмою збагачення урану. Після війни вона так і залишилася працювати в Колумбійському університеті. Народила сина — звичайно, майбутнього фізика. Отримала посаду професора. Студенти називали її «леді Дракон» — на ім’я бравої королеви піратів з коміксів…

Але головне відкриття було попереду.

Дзеркало тріснуло

Щоб зрозуміти це відкриття, напружимо уяву. Уявімо собі світ, де всі фізичні процеси ті ж, що і у нас, але сконструйований він як дзеркальне відображення нашого світу. У 20-ті роки минулого століття фізики сформулювали закон збереження чітності, згідно з яким всі процеси в цьому новому світі будуть такими ж, як у нас, тільки праве і ліве поміняються місцями.

Ву Цзяньсюн в молодості

Справді, згадаймо статтю «У дзеркала» («Квантік», 2017, № 6). Навколо і всередині нас є багато молекул, які несумісні зі своїми дзеркальними відображеннями, як несумісні в просторі права і ліва руки (або ноги). Тому, потрапивши в задзеркальний світ такими, як є, ми не зможемо там нормально жити — спроба поєднати наш організм з «дзеркальними» молекулами подібна спробі надіти на ліву ногу правий черевик. А ось якщо і молекули всередині нас теж звернуться в свої дзеркальні відображення, то все добре — правий черевик так само легко надягається на праву ногу, як лівий на ліву.

Але чи дійсно серйозний світ нічим принципово не відрізняється від нашого?

Обкладинка книги Мартіна Гарднера «Цей правий, лівий світ»

Чудовий популяризатор науки Мартін Гарднер у книзі «Цей правий, лівий світ» сформулював завдання, яке він назвав «проблемою Озми». Нехай ми змогли зв’язатися з цивілізацією (не обов’язково людською), що живе на далекій планеті. Закони фізики там, природно, такі ж. Ми можемо передавати за допомогою радіохвиль будь-які текстові повідомлення її жителям, але немає ніяких предметів, які і ми, і вони могли б разом бачити. Чи зможемо ми пояснити їм, що таке ліве і праве?

Завдання здається привабливо простим… але прості підходи не працюють.

Ось приклад. У шкільному курсі електрики і магнетизму є «асиметричні» правила — такі як правило буравчика. Візьмемо провідник, в якому електричний струм спрямований вгору, і помістимо поруч з ним компас (рис. 1). Згідно з правилом буравчика «північний» кінець стрілки компаса, розташованого за провідником, буде показувати наліво, а перед провідником — направо. Завдання вирішене? Ні! Тому що немає способу пояснити мешканцям далекої планети, що таке для землян «північний» і «південний» полюси магніту!

Ріс. 1. Магнітне поле навколо провідника з струмом

Або, скажімо, потоки води і повітря на Землі несиметричні через обертання планети навколо своєї осі. У Північній півкулі Землі вітри в циклонах закручуються проти годинникової стрілки, залишаючи область низького тиску ліворуч, а в Южному — навпаки. Але як пояснити інопланетянам про Північну і Південну півкулі і про напрямок обертання планети?

І все-таки виявилося, що рішення є!

У фізиці відомі чотири типи фундаментальних взаємодій. Перші — гравітаційні (завдяки їм ми притягуємося до Землі, а не відлітаємо в космічний простір). Другі — електромагнітні. Треті — сильні, які утримують протони і нейтрони разом в атомному ядрі. І четверті — слабкі взаємодії, які, наприклад, відповідають за процеси бета-розпаду (тобто розпаду атомного ядра з випусканням електрону) 1. І якщо про перші три типи взаємодій завжди було відомо, що вони будуть однакові в нашому і дзеркальному світі, то зі слабкими взаємодіями ще до середини XX століття залишалися неясності. Результати деяких дослідів з певними короткоживучими елементарними частинками навіть легше було пояснити, відмовившись від закону збереження чітності. Але як відмовитися від того, що десятки років вважалося законом?

Циклон над Ісландією, фотографія з космосу. Фото: NASA

Збереження чіткості

Два фізики-теоретики, Лі Цзундао і Янг Чженьнін (обидва живуть досі), звернулися до Ву, яку вони знали як блискучого фахівця з бета-розпаду. І під її керівництвом в 1956 році був поставлений досвід, в якому використовувався кобальт-60 — штучний радіоактивний ізотоп, до речі, донині застосовується в медицині. Його ядра випускають електрони в ході бета-розпаду:

27 60 Co → 28 60 Ni + e − + ν e – .

Ріс. 2. Схема досвіду Ву

Ву помістила сіль кобальту в сильне магнітне поле всередині котушки з електричним струмом — це дозволило «вибудувати» ядра кобальту-60 більш-менш в одному напрямку, оскільки вони мають магнітні властивості. Щоб цей лад не збивався через тепловий рух, зразок сильно охолоджували. І далі треба було зареєструвати, куди електрони вилітають з ядер. Якби закон збереження чітності дотримувався, однакове число електронів вилітало б у напрямку магнітного поля і проти нього…

Але виявилося, що це не так! Велика частина електронів вилітала «проти поля» — тобто з «південного» кінця ядра, якщо розглядати його як крихітний магніт. А це означає, що при дзеркальному відображенні тієї ж установки, де напрямок поля зміниться на протилежний, симетрії вже не буде (рис. 2)!

Ву Цзяньсюн, 1958 рік

Тобто насправді збереження чітності немає: наш світ буде відрізнятися від дзеркального завдяки саме таким процесам, які залишаться якими були, не переходячи в свої відображення. Є хороше порівняння: уявімо собі дві шафи, які виглядають як точне відображення один одного. Але не зовсім точне — тому що обидва зібрані на шурупах з правою різьбою…

Відповідно, ми можемо вирішити і проблему Озми — просто запропонуємо інопланетянам повторити досвід Ву!

Фізики всього світу були вражені. Вольфганг Паулі не вірив: «Це повна нісенітниця!». Річард Фейнман програв 50 доларів, які він заздалегідь поставив на те, що досвід не покаже порушення чітності (зате згодом він теоретично пояснив це порушення). Лев Ландау спробував сформулювати нове правило: можливо, світ, невигідний від нашого, все-таки можна побудувати, якщо не тільки використовувати дзеркальне відображення, але і одночасно замінити всі частинки на античастинки. Втім, як потім з’ясувалося, і це теж не зовсім вірно…

Вольфганг Паулі і Ву Цзяньсюн. Фото: AIP Emilio Segrè Visual Archives, Segre Collection

Вже наступного року Лі Цзундао і Янг Чженьнін отримали Нобелівську премію. Ву була згадана на церемонії нагородження — але і тільки.

Подальше

Лі Цзундао

Ву продовжувала працювати. Написала книгу з бета-розпаду. Успішно займалася різноманітними дослідженнями. У 1973 році нарешті отримала можливість з’їздити на батьківщину, але це була сумна поїздка: під час китайської «культурної революції» загинули її дядько і брат, а могили батьків були розгромлені.

До цього часу заслуги Ву вже стали широко визнаватися. У 1975 році вона стала президентом Американського фізичного товариства, в 1978 — першим лауреатом премії Вольфа з фізики, однією з найпрестижніших наукових премій у світі. Були і десятки інших нагород і звань. І були публічні виступи, в яких Ву Цзяньсюн говорила про важливі для неї проблеми. У тому числі про право і можливості для жінок займатися наукою нарівні з чоловіками.

Ву Цзяньсюн, 1963 рік

Янг Чженьнін. Фото: Nobel Foundation archive

«Я сумніваюся, що знайдеться неупереджена людина, яка вважає жінок недостатньо інтелектуальними для роботи в науці і техніці».

«Не думаю, що для крихітних атомів і ядер, математичних символів або молекул ДНК є хоч якась різниця, хто ними займається — чоловіки або жінки».

Ву Цзяньсюн померла 16 лютого 1997 року. Її прах поховано в Китаї, неподалік від школи, яку Ву-батько заснував заради дочки. У дворі цієї школи їй поставлено пам’ятник.

А в космосі кружляє астероїд 2752 Ву Цзяньсюн. Його так назвали ще в 1990 році — рідкісний випадок, коли астероїд отримав ім’я вченого за його життя.

Пам’ятник Ву Цзяньсюн

¹ Див. статтю В. Сироти «Всередині атомного ядра: сильне і слабке «в» Квантиці «№ 8 за 2019 рік.