Thường người ta đồn rằng nhà vật lí Chien-Shiung Wu, bà đã ra đời cách nay đúng 100 năm, đáng ra nên được nhận chung giải Nobel Vật lí năm 1957 nhưng đã bị bỏ sót do sự phân biệt giới tính. Magdolna Hargittai nghiên cứu sự thật của vấn đề.
Từng người trong số 11 người trong ảnh đều có đóng góp cho sự khám phá rằng đối xứng chẵn lẻ bị vi phạm trong tương tác yếu. Hàng trên (từ trái sang): Ernest Ambler; Raymond Hayward; Chien-Shiung Wu; Dale Hoppes; Ralph Hudson. Hàng dưới (từ trái sang): Leon Lederman; Richard Garwin; Tsung-Dao Lee; Chen Ning Yang; Jerome Friedman; Valentine Telegdi.
Tôi thường thuyết giảng về những nhà khoa học nữ nổi tiếng và nếu tôi không nhắc tới Chien-Shiung Wu, thì hầu như lúc nào cũng có người hỏi tại sao vậy. Điều này cho thấy bà nổi tiếng như thế nào trong số các nhà khoa học. Không những Wu được trọng vọng cao – bà được một số người gọi là “Người phụ nữ số một của Vật lí học” hay “Marie Curie Trung Hoa” – mà còn có một quan điểm chung cho rằng thật là bất công vì bà đã không được nhận Giải Nobel Vật lí cùng với Tsung-Dao Lee (Lý Chính Đạo) và Chen Ning Yang (Dương Chấn Ninh) vào năm 1957 cho phần đóng góp của bà cho thí nghiệm chứng minh tính chẵn lẻ bị vi phạm trong tương tác yếu. Nhưng đây có thật sự là một ví dụ của sự phân biệt đối xử nam nữ hay không? Để tìm câu trả lời, tôi quyết định xoáy vào câu hỏi này và cân đong bằng chứng.
Chào đời ở Trung Quốc vào năm 1912, bản thân cha của Wu là một người ủng hộ bình đẳng nam nữ, và ông đã lập ra một trong những ngôi trường đầu tiên ở Trung Quốc nhận học sinh nữ vào học, và ông đã thấm nhuần giá trị giáo dục đó ở người con gái của mình. Vào năm 1934, Wu lấy bằng cử nhân vật lí, tốt nghiệp đứng đầu lớp ở Đại học quốc gia Nam Kinh. Sau đó bà có vài năm làm nghiên cứu nhưng, không thỏa mãn với những cơ hội dành cho các nhà vật lí ở Trung Quốc khi ấy, bà đã đi Mĩ và lấy bằng tiến sĩ tại trường Đại học California ở Berkeley vào năm 1940, và sau đó đảm nhận một vị trí nghiên cứu ngắn hạn. Năm 1942, bà lấy ông Luke Chia-Liu Yuan, cháu nội của vị chủ tịch nước đầu tiên của nước Cộng hòa Trung Hoa.
Năm 1943, với nhiều nhà vật lí ở Mĩ đang làm việc cho những dự án quân sự khi Thế chiến thứ hai đạt tới đỉnh điểm của nó, Wu được mời đảm nhận một vị trí giảng dạy tại trường Đại học Princeton ở New Jersey – một trong vài “cái nhất” trong sự nghiệp của bà. Việc bà được bổ nhiệm khiến người ta chú ý vì lúc ấy phụ nữ còn không được phép vào học tại Princeton. Là một phụ nữ di dân trẻ người Trung Hoa giảng dạy một trong những môn khó nhất – vật lí học – cho các nam sinh viên của trường Princeton, sự có mặt của bà là chưa có tiền lệ. Nhưng thời gian giảng dạy của Wu tại Princeton không kéo dài bao lâu vì vào năm sau đó bà nhận được yêu cầu làm nhiệm vụ quốc phòng, tham gia Dự án Manhattan nghiên cứu các máy dò bức xạ tại trường Đại học Columbia ở New York.
Năm 1945, với những năm tháng chiến tranh khốc liệt đã qua đi, Wu bắt đầu làm việc tại khoa vật lí của trường Columbia, tại đó bà có thể tiếp tục nghiên cứu trong lĩnh vực bà cảm thấy rất gần gũi là vật lí hạt nhân, và sự phân rã beta – một trong những tương tác yếu đi cùng với sự phân rã phóng xạ. Wu ở lại trường Columbia làm việc trong quãng đời còn lại của bà và vẫn tích cực nghiên cứu vật lí sau khi đã về hưu. Wu qua đời vào năm 1997 do bị đột quỵ, thọ 84 tuổi.
Cội nguồn vấn đề
Công trình nhờ đó Lee và Yang được trao Giải Nobel Vật lí năm 1957 có cội nguồn của nó trong cái gọi là “bài toán tau-theta”, vấn đề khiến các nhà vật lí hạt nhức đầu vào đầu thập niên 1950. Tau và theta là hai hạt dưới nguyên tử - thuộc những loại meson K – hành trạng của chúng khó giải thích. Chúng giống hệt nhau trên từng phương diện trừ một: chúng có cùng khối lượng, cùng spin và cùng thời gian sống, nhưng chúng phân hủy thành các sản phẩm có “số chẵn lẻ” toàn phần khác nhau.
Tính chẵn lẻ là một tính chất đối xứng nội tại của các hạt được đặc trưng bởi hành trạng của hàm sóng của chúng lấy đối xứng qua gốc của hệ tọa độ không gian của chúng. Nói theo ngôn ngữ hàng ngày thì nó ám chỉ mối liên hệ giữa một hạt hay một quá trình và ảnh qua gương của nó. Ví dụ, ảnh qua gương của một cái đinh ốc thuận là một cái đinh ốc nghịch. Tương tự như vậy, một hạt quay tròn theo chiều kim đồng hồ có một ảnh qua gương quay ngược chiều kim đồng hồ. Dựa trên hành trạng của nó, số chẵn lẻ của một hạt được xác định hoặc bằng +1 hoặc bằng -1, và số chẵn lẻ toàn phần của một nhóm hạt là tích của số chẵn lẻ của tất cả các hạt trong nhóm.
Bài toán tau-theta là hạt tau phân hủy thành ba pion, với số chẵn lẻ toàn phần được xác định là (–1)(–1)(–1) = –1, còn hạt theta phân hủy thành hai pion với số chẵn lẻ toàn phần (–1)(–1) = +1. Nếu hạt tau và theta thật sự là cùng một hạt – như những tính chất khác của chúng cho thấy – thì chúng phải có cùng tính chẵn lẻ; theo định luật bảo toàn số chẵn lẻ thì số chẵn lẻ của một hệ không thể thay đổi dưới sự hủy hạt hay sinh hạt. Những gợi ý là hoặc hạt tau và theta là những hạt khác nhau và chúng ta chưa biết làm thế nào phân biệt chúng, hoặc chúng là cùng một hạt và số chẵn lẻ không được bảo toàn. Quan điểm thứ hai vừa nói là cái gây tranh cãi kịch liệt.
Tại một hội nghị vào năm 1956, Lee và Yang chọn cách giải thích thứ nhất ở trên và đề xuất rằng những hạt sơ cấp nhất định có thể xuất hiện ở hai dạng với số chẵn lẻ khác nhau. Nhưng trong hội nghị đó có một số bàn cãi về khả năng số chẵn lẻ bị vi phạm trong các tương tác yếu. Sau đó Lee và Yang đã tìm kiếm tư liệu và tìm thấy rằng có nhiều trường hợp xác nhận sự bảo toàn chẵn lẻ trong các tương tác mạnh, nhưng trong những thí nghiệm về tương tác yếu thì định luật bảo toàn này chưa được kiểm tra, nên không thể nói nó có giá trị đối với chúng hay không. Sau đó Lee và Yang công bố bài báo nổi tiếng của họ “Vấn đề bảo toàn số chẵn lẻ trong các tương tác yếu” (1956 Phys. Rev. 104 254), trong đó họ trình bày ngắn gọn khả năng số chẵn lẻ có thể bị vi phạm trong các tương tác yếu. Họ cũng đề xuất ý tưởng cho các thí nghiệm có thể kiểm tra khả năng này, mỗi một trong hai bộ thí nghiệm là ảnh qua gương của nhau. Nếu hai thí nghiệm cho kết quả giống hệt nhau thì sự bảo toàn số chẵn lẻ là đúng, còn nếu hai kết quả là khác nhau, thì nó cho thấy tính chẵn lẻ bị vi phạm.
Nhiều tháng trước khi công bố bài báo nổi tiếng của họ, Lee, khi ấy cũng làm việc tại trường Đại học Columbia, đã tham khảo Wu về vấn đề trên. Như Wu sau này kể lại (Những cuộc phiêu lưu trong vật lí thực nghiệm: Tập gamma, 1973, B Maglich biên tập), một ngày mùa xuân năm 1956, Lee đã đến phòng làm việc của Wu và hỏi bà về hiện trạng kiến thức thực nghiệm về sự bảo toàn chẵn lẻ trong phân rã beta. Theo lời Wu, “Người ta không những hoan nghênh số chẵn lẻ được bảo toàn trong mọi tương tác, mà quan điểm chưa được kiểm tra này thường còn làm nản chí những người khác làm bất kì thí nghiệm nào để kiểm tra, kém thách thức hơn nhiều, tính giá trị của quan điểm này.”
Wu hỏi Lee đã có ai nghĩ tới những thí nghiệm có thể cho thấy số chẵn lẻ có được bảo toàn trong các tương tác yếu hay chưa. Lee nhắc tới những ý tưởng như việc sử dụng các hạt nhân phân cực thu được từ các phản ứng hạt nhân, hoặc một chùm neutron chậm đã phân cực từ một lò phản ứng. “Chẳng hiểu sao tôi hết sức nghi ngờ về việc sử dụng mỗi một trong hai cách tiếp cận này,” Wu viết. “Tôi đề xuất rằng phương án tốt nhất là sử dụng nguồn beta cobalt-60 phân cực bằng phương pháp khử từ.” Sau chuyến thăm của Lee, Wu nhận ra “Đây là một cơ hội vàng cho một nhà vật lí nghiên cứu phân rã beta tiến hành một phép kiểm tra thiết yếu, và làm thế nào tôi có thể để nó tuột đi chứ?”
Magdolna Hargittai (Physics World, tháng 9/2012)
Trần Nghiêm dịch
