Chien-Shiung Wu nebyla jen výjimečná experimentátorka. Byla to fyzička, která dokázala něco, co se zdálo nemožné: vyvrátila platnost zákona, o němž si vědci mysleli, že je absolutní. Její experiment z roku 1956 je dodnes považován za jeden z nejpřesnějších a nejodvážnějších v celé historii fyziky.
Zákon, který měl být nezlomný: proč parita „musí“ platit
Parita je fyzikální symetrie, která říká, že základní procesy ve vesmíru by měly probíhat stejně, pokud je pozorujeme v tzv. zrcadlovém obrazu. Kdybychom převrátili všechny souřadnice, fyzikální zákony by podle tohoto principu měly být identické.
Po desetiletí panovalo přesvědčení, že parita je univerzální.
Platí:
v elektromagnetismu,
v gravitačních jevech,
i v silné interakci.
Až do poloviny 50. let nikdo vážně nepochyboval, že platí i ve slabé interakci — procesu, který řídí radioaktivní přeměny.
Když tedy někteří teoretičtí fyzici naznačili, že ve slabé interakci by se tato symetrie mohla porušit, vědecká komunita reagovala odmítavě. Ne proto, že by návrh nebyl logický — ale proto, že to bylo nemyslitelné.
Parita měla být přece základní zákon přírody. A tehdy vstoupila na scénu Wu.
Wuův experiment: okamžik, kdy se zlomilo století fyziky
Chien-Shiung Wu byla známá jako brilantní experimentátorka: systematická, přesná, nekompromisní.
Když ji fyzici Tsung-Dao Lee a Chen-Ning Yang oslovili, zda by dokázala ověřit jejich hypotézu porušení parity při beta rozpadu, věděli, že pokud to zvládne někdo, je to ona.
Provedení experimentu bylo neobyčejně náročné.
Wu musela:
ochladit vzorek kobaltu-60 téměř na absolutní nulu,
vytvořit homogenní magnetické pole,
přesně synchronizovat měření směru emitovaných elektronů,
odstranit všechny rušivé jevy, které by výsledek zkreslily.
A především: musela provést měření tak přesné, že vyloučí jakoukoli pochybnost.
ČTĚTE TAKÉ: Žena, která popsala vesmír: zapomenutý příběh Cecilie Payne-Gapoškin
--
Když výsledky získala, bylo jasno. Emise elektronů nebyly symetrické. Chovaly se jinak v reálném světě a jinak v hypotetickém zrcadle.
To znamenalo jediné: Parita ve slabé interakci neplatí. Zákon, o němž se fyzika domnívala, že je univerzální, byl porušen.
Důsledky: nová fyzika, nová symetrie a nový pohled na vesmír
Wuův experiment způsobil okamžitý otřes. Jedna z nejhlubších symetrií přírody byla najednou rozbitá — a věda se musela naučit popsat svět znovu.
Důsledky byly monumentální:
1) Slabá interakce se stala výjimkou mezi základními silami
Ukázalo se, že právě ona je zodpovědná za asymetrické chování částic.
2) Vznikl nový koncept CP symetrie
Když už parita sama o sobě neplatí, fyzikové začali zkoumat kombinaci parity a změny náboje. I tato symetrie se později ukázala jako porušená — což vedlo k hlubším teoriím o původu hmoty.
3) Experiment redefinoval standardní model částic
Zavedl nový jazyk pro popis slabé interakce a položil základ pro dnešní kvantovou teorii polí.
ČTĚTE TAKÉ: Žena, které popsala vesmír (2.): Henrietta Swan Leavitt a zákon, který změnil kosmologii
--
4) Nepřímo otevřel cestu k otázce, proč existuje vesmírní asymetrie mezi hmotou a antihmotou
Porušení symetrií je klíčem k pochopení, proč nezmizelo vše ve vzájemné anihilaci.
Wu nepřepsala jen učebnice. Ukázala, že vesmír je méně symetrický, než jsme si mysleli — a o to zajímavější.
Proč Nobelova cena připadla mužům, ale objev patřil i jí
Za teoretický návrh porušení parity získali Lee a Yang Nobelovu cenu v roce 1957.
Jejich práce by však měla zůstat jen matematickou hypotézou, kdyby ji Chien-Shiung Wu nedokázala převést do experimentální reality. Mnozí vědci tehdy komentovali, že Nobelův výbor udělal zásadní chybu.
Wu byla autorkou experimentu, který:
potvrdil teorii,
vyvrátil stoletý axiom,
a změnil podobu fyziky.
Fyzik Richard Feynman o ní řekl, že „dokázala nemožné přesností, jakou se nikdo jiný neodvážil ani zkusit“.
Dnes je Wu považována za jednu z největších experimentálních fyziček všech dob. Její jméno stojí vedle ikon jako Curie, Meitner nebo Franklin — žen, které posunuly vědu přes hranice, jež byly považovány za konečné.
ČTĚTE TAKÉ: Žena, které popsala vesmír (3.): Vera Rubin - žena, která dokázala existenci temné hmoty
Žena, která se dotkla samotné symetrie vesmíru
Chien-Shiung Wu dokázala něco, co se podaří jen několika vědcům v dějinách. Našla trhlinu v základním zákonu přírody — a dokázala, že tam skutečně je.
Její experiment neukázal, že svět je chaotický. Ukázal, že svět je ještě hlubší a složitější, než se zdál.
A že symetrie, jakkoli fascinující, nejsou absolutní. Jsou jen stopou k pravdě, kterou teprve hledáme.
Zdroje
Lee, T. D., & Yang, C. N. (1956). “Question of Parity Conservation in Weak Interactions.” Physical Review, 104(1).
Wu, C. S. et al. (1957). “Experimental Test of Parity Conservation in Beta Decay.” Physical Review, 105(4).
Feynman, R. P. (1985). QED: The Strange Theory of Light and Matter. Princeton University Press.
Jackson, J. D. (1990). “Chien-Shiung Wu and the Discovery of Parity Violation.” American Journal of Physics.