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.
Những thí nghiệm cạnh tranh
Và bà đã không để nó vuột mất. Mùa xuân năm ấy, Wu bắt đầu lên kế hoạch thí nghiệm và bà đã hăng say với nó đến mức bỏ lỡ một chuyến đi đến Trung Quốc, quê hương đã 20 năm bà không có dịp về thăm. Thí nghiệm đó là một nhiệm vụ phức tạp vì bà phải kết hợp hai kĩ thuật trước đó chưa từng được sử dụng chung. Mặc dù bà là một chuyên gia về các thí nghiệm phân rã beta, nhưng bà thiếu ý kiến của giới chuyên môn và trang thiết bị để tiến hành chúng ở những nhiệt độ cần thiết gần không độ tuyệt đối. Vì thế Wu đã liên hệ với Ernest Ambler tại Cục Tiêu chuẩn Quốc gia Mĩ (NBS, sau này được đặt tên lại là Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia) ở thủ đô Washington, ông này sẵn lòng hợp tác. Vào tháng 9, Wu gặp Ambler ở Washington, và họ còn mời ba bạn đồng chí NBS đến làm việc cùng: Ralph Hudson, một chuyên gia về nhiệt lạnh, và các chuyên gia dò tìm bức xạ Raymond Hayward và Dale Hoppes.
Đến năm 1956, các nhà vật lí vẫn cho rằng các tương tác cơ bản trong tự nhiên không thay đổi dưới phép đối xứng gương. Lực hấp dẫn, chẳng hạn, được mô tả theo một kiểu giống nhau cho một vật và ảnh qua gương của nó. Sự chẵn lẻ là một tính chất của những hạt sơ cấp thể hiện hành trạng của chúng trên sự phản xạ gương. Nếu số chẵn lẻ của một hạt không thay đổi trong khi lấy đối xứng gương, thì người ta nói số chẵn lẻ được bảo toàn. Vào năm 1956, Tsung-Dao Lee và Chen Ning Yang đã nhận ra rằng sự bảo toàn tính chẵn lẻ chưa từng được kiểm tra đối với các tương tác yếu, ví dụ như sự phân rã phóng xạ. Chien-Shiung Wu đã đề xuất một thí nghiệm kiểm tra điều này dựa trên sự phân rã phóng xạ của những hạt nhân cobalt-60 không bền thành nickel-60 kèm theo là sự phát xạ tia beta (electron). Vì sử dụng nhiệt độ rất thấp nên chuyển động nhiệt ngẫu nhiên có thể bỏ qua, cho phép một từ trường mạnh canh chỉnh các hạt nhân cobalt với spin của chúng song song nhau. Số lượng electron phát ra được đếm theo hai hướng: hướng thẳng lên trên và hướng thẳng xuống dưới. Người ta tìm thấy rằng sự phát xạ electron là lớn hơn nhiều theo chiều hướng xuống – cực nam của những hạt nhân đang quay tròn – so với chiều hướng lên. Trong hình trên, (a) thể hiện một ảnh qua gương của thí nghiệm này cũng sẽ tạo ra nhiều electron đi xuống hơn đi lên như thế nào. Tuy nhiên, khi lặp lại thí nghiệm, với chiều của từ trường đảo ngược lại để làm đổi hướng spin cho giống như trong ảnh qua gương, họ tìm thấy nhiều electron hơn được tạo ra theo chiều hướng lên (b). Thực tế thí nghiệm trên thực tế với chiều spin đảo ngược hành xử khác với ảnh qua gương chứng minh rằng tính chẵn lẻ bị vi phạm trong tương tác yếu của sự phân rã beta. Kết luận giống như vậy – rằng tương tác yếu không bảo toàn sự chẵn lẻ - cũng thu được bởi Richard Garwin và Leon Lederman, họ đã quan sát các muon phân cực tạo ra bởi sự phân rã phóng xạ của các pion trong một cyclotron bằng cách đo sự bất đối xứng ở các electron phân rã cảu chúng; và bởi Jerome Friedman và Valentine Telegdi, họ nghiên cứu quá trình giống như vậy sử dụng các tấm kính ảnh.
Nhóm nghiên cứu lập tức bắt tay vào phác họa các chi tiết của thí nghiệm chung và bắt đầu các phép đo vào tháng 10, cùng khắc phục những khó khăn nhất định. Wu không thể có mặt tại NBS suốt thời gian vì bà phải làm nhiệm vụ giảng dạy tại Columbia. Đây là nguyên do khiến bà không có mặt khi, vào ngày 27 tháng 12 năm 1956, các đồng nghiệp NBS của bà nhìn thấy những dấu hiệu đầu tiên của sự bất đối xứng cho thấy sự bảo toàn tính chẵn lẻ có thể bị vi phạm trong các tương tác yếu. Là một phần nghiên cứu của tôi dành cho một quyển sách sắp ra đời viết về những nhà khoa học nữ, tôi thấy thích thú trước câu chuyện của Wu và đã cố gắng sưu tập thông tin về nó từ những nhà khoa học vẫn còn sống; Hoppes kể với tôi trong một email rằng có lẽ Wu đã hối hận cả đời vì bà không có mặt cho đến ngày cuối cùng. Ngay khi nghe tin, thật tự nhiên, bà đã tức tốc đến Washington. Vài ngày sau đó, trở lại New York tại trường Đại học Columbia, bà đã kể với Lee và Yang về những kết quả sơ bộ đầy triển vọng đó.
Vào ngày 4 tháng 1 năm 1957, Lee có đề cập tin tức lớn đó với các nhà vật lí tập trung ăn bữa trưa Trung Quốc diễn ra tại Columbia vào mỗi thứ sáu hàng tuần. Sự vi phạm tính chẵn lẻ có thể đã thật sự kích thích trí tưởng tượng của nhiều nhà vật lí thực nghiệm. Một trong những người đó là Leon Lederman, người vào đêm hôm đó lúc khoảng 8 giờ tối đã gọi điện cho Richard Garwin tại nhà ông với một ý tưởng về một thí nghiệm thay thế khác chứng minh sự vi phạm tính chẵn lẻ. Lederman nhận ra rằng các muon sinh ra tại cyclotron của Đại học Columbia có thể đã bị phân cực và do đó cũng thích hợp cho việc chứng minh sự vi phạm tính chẵn lẻ - Lee và Yang đã từng đề xuất thử làm các thí nghiệm muon. Garwin, một nhà vật lí hạt thực nghiệm có kinh nghiệm, đã gặp Lederman tại cyclotron ấy mỗi đêm. Thí nghiệm của họ, với nó họ đã sử dụng thiết bị được chế tạo cho một dự án khác của nghiên cứu sinh của Lederman, Marcel Weinrich, không những hoạt động mà còn hoạt động rất thuyết phục nữa. Trong vòng bốn ngày, họ đã có những kết quả thuyết phục và thậm chí còn viết xong bản thảo nữa. Tuy nhiên, Lee đã ngăn việc đệ trình bản thảo đó, ông nói như vậy sẽ không công bằng với đội NBS, đội khi ấy đã làm việc vất vả với các thí nghiệm của mình trong hàng tháng trời.
Đội NBS phải vui vẻ khi thấy sự xác nhận của hiệu ứng đó nhưng các nhà nghiên cứu có thể cảm thấy thất vọng bởi sự cạnh tranh như thế. Đã nghe tin tức của các đối thủ cạnh tranh của mình, họ đúng là đã làm việc không ngưng nghỉ cho đến cuối cùng vào lúc 2 giờ sáng ngày 9 tháng 1, họ đã tuyệt đối đảm bảo rằng cái họ đo được là một hiệu ứng có thật. Sau này Wu nhớ lại rằng “Tiến sĩ Hudson vui vẻ mở ngăn kéo của ông và lôi ra một chai rượu rồi đặt nó lên bàn với vài cái tách giấy nhỏ. Cuối cùng chúng tôi đã uống mừng vì đã đánh bại định luật của sự chẵn lẻ.”
Khoa Vật lí tại trường Đại học Columbia – với hai câu chuyện thành công liên tiếp – đã tổ chức một buổi họp báo vào hôm 15 tháng 1 để công bố với thế giới một định luật cơ bản của vật lí học – sự bảo toàn tính chẵn lẻ ở các tương tác yếu – đã bị lật đổ. Các báo cáo của đội NBS và Garwin–Lederman–Weinrich được đăng kí với tạp chí Physical Review trong cùng một ngày và đã được công bố trong số ra tháng 2 năm 1957, in bên cạnh nhau (Phys. Rev. 105 1413; Phys. Rev. 105 1415).
Một bài báo thứ ba mô tả sự xác nhận thực nghiệm của sự vi phạm tính chẵn lẻ được đệ trình bởi Valentine Telegdi và Jerome Friedman thuộc trường Đại học Chicago và tạp chí Physical Review nhận được vào hôm 17 tháng 1 năm 1957. Họ đã bắt đầu thí nghiệm của riêng họ vào mùa hè năm trước mà không biết tới nỗ lực của đội NBS (Phys. Rev. 105 1681).
Vấn đề trao giải
Trong vòng một năm sau những thí nghiệm lịch sử này, Lee và Yang đã được trao Giải Nobel Vật lí năm 1957 – một trong những giải Nobel được xét trao sớm nhất, biết rằng bài báo của họ chỉ mới xuất hiện vào tháng 10 năm trước. Nhưng vì bài báo của họ đề xuất chứ không chứng minh sự vi phạm chẵn lẻ, nên người ta có thể tự hỏi không biết buổi họp báo ngày 15 tháng 1 công bố sự xác nhận thực nghiệm của sự vi phạm chẵn lẻ có giúp họ giành giải thưởng hay không – xét cho cùng, hạn chót cho việc đệ trình những người ứng giải Nobel là vào cuối tháng 1. Thật không may, vì toàn bộ dữ liệu đề cử khi xét giải vật lí và hóa học đều phải giữ bí mật trong ít nhất 50 năm hoặc miễn là ban đề cử vẫn còn sống, nên chúng ta không thể truy cập những dữ liệu chính thức để xem có đúng là như vậy hay không.
Tuy nhiên, tôi có trao đổi thư từ với Anders Bárány, cựu thư kí dài hạn của Ủy ban Nobel Vật lí, Bárány kể rằng hồi năm 1956 ủy ban không thể đề xuất một ứng cử viên nặng kí nào, nên khi Lee và Yang xuất hiện là những ứng cử viên thật sự nặng kí cho giải thưởng năm 1957, sau sự xác nhận thực nghiệm của sự vi phạm chẵn lẻ, ủy ban phải cảm thấy hài lòng vì đã có một đề cử có sức thuyết phục. Những nhận xét của Bárány khớp với trích dẫn trao giải Nobel của Lee và Yang, vì nó gợi ý đến tầm quan trọng của những khám phá phát sinh từ những tiên đoán lí thuyết đó: “cho nghiên cứu sâu sắc của họ về cái gọi là các định luật chẵn lẻ đưa đến những khám phá quan trọng về những hạt sơ cấp”.
Và như vậy chúng ta đi tới câu hỏi trọng điểm của câu chuyện này: quyết định không trao giải chung cho Wu có là hợp lí không? Xét cho cùng, có một “vé trống” – theo điều lệ của Quỹ Nobel thì tối đa ba người có thể cùng nhận chung một giải thuộc một lĩnh vực nhất định. Thí nghiệm NBS là thí nghiệm đầu tiên xác nhận sự vi phạm chẵn lẻ vào hôm 27 tháng 12 và Wu đã đề xuất và tích cực tham gia cùng thí nghiệm ấy. Nhưng Friedman và Telegdi, những người cũng đã bắt đầu những thí nghiệm của họ vào cuối hè năm 1956 và đã tiến hành các phép đo vào tháng 10, có lẽ cũng đã có một số kết quả sơ bộ vào tháng 12. Tuy nhiên, cái thật sự cần kể đến là sự công bố, và trong đó nhóm NBS và nhóm Garwin–Lederman–Weinrich đã sát cánh bên nhau, với Garwin và Lederman thật ra đã hoàn thành báo cáo của họ vài ngày trước nhóm NBS. Cho dù đo sự thành công theo kiểu nào đi nữa, thật khó mà chọn ra một nhà thực nghiệm nhất định để trao giải.
Hóa ra có nói tới nói lui thì cũng là vô dụng vì những nguyên do liên quan đến điều lệ giải. Như Bárány trình bày, “Công việc xét giải phải hoàn thành trước năm trao giải, trong trường hợp này là trước ngày 1 tháng 1 năm 1957.” Vì cả ba nghiên cứu thực nghiệm đều được công bố vào đầu năm 1957, nên không có nhà thực nghiệm nào trong số đó có thể được xét giải của năm ấy. Ủy ban Nobel có thể quyết định chờ thêm một năm mới trao giải cho sự vi phạm chẵn lẻ, nhưng với ba thí nghiệm và số lượng lớn nhà vật lí tham gia, quyết định đưa ra không phải là chuyện dễ dàng gì. Thêm nữa, ủy ban cần có những ứng cử viên nặng kí trong năm 1957 và dẫu sao thì họ đã có Lee và Yang là ứng cử viên nặng kí để đề cử.
Tất nhiên, không kể đến giải Nobel, câu hỏi thí nghiệm nào quan sát thấy sự vi phạm chẵn lẻ trước mới là điều quan trọng. Telegdi và Friedman, họ đã bắt đầu thí nghiệm của mình vào cuối hè năm 1956 và đã bắt đầu tiến hành các phép đo vào tháng 10 mà không biết đến nỗ lực của nhóm kia, đã có nỗ lực bị đình trệ khi Telegdi phải đi châu Âu hai tháng trong mùa thu năm ấy vì chuyện cá nhân. “Trong khoảng thời gian này,” Friedman nói, “tôi đang bắt đầu thấy một dấu hiệu của một hiệu ứng và tôi muốn có thêm sự hỗ trợ quét dữ liệu. Nhưng [họ] không cho tôi quyền sử dụng, vì những máy quét sẵn có duy nhất đã dùng cho những cái được xem là một phép đo có triển vọng hơn.”
Có vẻ như có khả năng nhất là đội NBS đã có những dấu hiệu xác thực đầu tiên của sự bất đối xứng, vào ngày 27 tháng 12, nhưng cần có thêm thời gian để xác nhận dấu hiệu này dưới tình trạng thực nghiệm rất khó khăn. Sau khi nghe nói về những kết quả sơ bộ đầy triển vọng này, Garwin và Lederman đã bắt đầu thí nghiệm của họ vào đầu tháng 1 và mọi thứ sẵn sàng trong thời gian ngắn: họ đã bắt đầu đo vào những giờ đầu ngày thứ bảy 5 tháng 1, và – với máy móc ngừng hoạt động từ sáng thứ bảy đến tối thứ hai – họ đã hoàn thành phép đo vào lúc rạng sáng ngày thứ ba 8 tháng 1. Phép đo của họ là phép đo rõ ràng và có sức thuyết phục đầu tiên và bài báo của họ được viết trong cùng ngày hôm ấy. Bài báo của Wu và cộng sự hoàn thành vào hôm 10 tháng 1. Hai nhóm đã gửi bài báo của họ đi trong cùng một ngày và hai bài báo được tờ tạp chí nhận vào ngày 15 tháng 1. Bài báo Telegdi–Friedman được nhận trễ hơn hai ngày. Chắc chắn tất cả những người tham gia trong ba bài báo đó đều đáng được vinh danh vì sự nỗ lực làm việc vất vả của họ, vì sự sáng suốt của họ và vì việc bắt tay vào một dự án mà đa số các nhà vật lí cho là một sự lãng phí thời gian.
