原创《高能物理学家吴秀兰的高能人生》
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1963年,玛丽亚·格佩特·梅耶因描述原子核结构的数学模型而获得了诺贝尔物理学奖.从那以后,再没有女性赢得同样的殊荣.
这55年间,有可能获得诺贝尔物理学奖的众多女性之一是吴秀兰.她是威斯康星大学麦迪逊分校的恩里科·费米奖特聘物理学教授,也是欧洲核子研究中心的成员.她的名字出现在1000多篇高能物理学论文中,在过去50年,她为物理领域中最重要的数个实验做出了重要贡献.她甚至达成了作为年轻研究员时为自己设定的艰巨目标：一生中至少要为三个重大的物理学发现做出贡献.
第一次：粲夸克的发现
1974年11月11日,伯顿·里克特带领的斯坦福直线加速器中心( SLAC)团队,与丁肇中带领的布鲁克海文国家实验室( BNL)同时宣布发现了介子.由于介子是由一对粲夸克与反粲夸克组成,因此这也意味着粲夸克的发现.
回到1964年,科学家首次提出了夸克的概念,认为质子和中子由更基本的夸克组成.那个时候,粒子物理的标准模型还不像今天这样,不同部分如此完美地彼此吻合,而是充满着未知,没有人知道会发现什么.1974年1 1月,介子的发现对粒子物理学产生了如此巨大的影响,因而被称为粒子物理学领域的“十一月革命”.
而就在当时的布鲁克海文国家实验室,从哈佛大学获得博士学位的吴秀兰,正跟随导师丁肇中做博士后研究,并参与了粲夸克的发现.这是她参与的第一个重要物理学发现.
第二次：胶子的发现
1977年,吴秀兰刚刚成为威斯康星大学麦迪逊分校的助理教授,试图参加正负电子对碰撞的实验项目.然而,在SLAC工作的同事拒绝了她.于是,她跑去德国的DESY（德国电子同步加速器研究中心）,满心欢喜地准备加入朋友所在的JADE实验组,却再次被教授拒之门外.吴秀兰倍感失落,又去询问TASSO实验组的负责人布约恩-维克,这一次,她即刻被接受.
后来,JADE实验组的设备出现故障,1979年,TASSO实验组率先观测到了正负电子对碰撞产生的三束粒子流信号,确认了胶子的存在.
在发现胶子的过程中,吴秀兰不仅负责实验工作,也做了大量的理论计算,以确保观测胶子的实验信号准确无误,并能够迅速识别信号,因为那时候,粒子流作为观测信号的概念才提出不久,人们并不确定产生胶子的过程中会出现三束粒子流的信号.
因为在发现胶子中的重要贡献,吴秀兰与合作者共同获得了1995年欧洲物理学会高能物理奖.
第三次：发现希格斯粒子
2012年6月25日下午3点,在欧洲核子研究中心(CERN) 32号楼1楼的威斯康星实验组走廊里传来了一阵骚动.吴秀兰的学生告诉她,他们发现希格斯粒子了.吴秀兰以为是开玩笑,所以大家走进办公室时,脸上都挂着微笑.当看到电脑上的希格斯信号时,大家的微笑突然变成了狂喜,很快,欢呼声响彻整个走廊.
在公布发现后,吴秀兰和希格斯教授握了手,跟他说： “我已经找了你20多年了.”希格斯教授则回答说： “现在,你已经找到我了.”作为ATLAS（超环面仪器）实验其中一个小组的负责人,为了寻找希格斯粒子,从1980年至2012年,吴秀兰花了32年.
最近,在希格斯粒子与上夸克相互作用的实验中,吴秀兰带领的小组再次做出了重要贡献,在这一实验过程中,他们结合了过去五年的观测数据,利用最新的机器学习理论与统计方法,不断提高ATLAS探测器的性能.未来,他们还计划利用量子计算技术来提高数据分析水平.
然而,粒子物理的标准模型并不是描述自然的完备理论,例如,标准模型无法与广义相对论描述的引力场理论结合,也无法解释可能导致宇宙膨胀的暗能量,以及解释中微子振荡及其质量问题.
而吴秀兰也并没有探索的脚步,现在,她正在寻找暗物质留下的痕迹.
求学与科学研究之路
尽管取得了如此做人的成就,吴秀兰的求学之路和学术生涯,实则饱含艰辛.
吴秀兰出生于日军占领时期的香港,还在母亲的怀抱中时,就不时进出防空洞.她的父亲是香港著名的企业家,母亲是他的第六妾.在她很小的时候,父亲就遗弃了他们,母亲带着她和弟弟生活在贫民窟里.童年的遭遇使她下定决心,要做一个独立自主的人.
吴秀兰的母亲在中国的乡村长大,不识字,也从来没有工作过,却非常支持子女的教育,她竭尽全力将吴秀兰和弟弟从贫民窟学校转到教会学校.
直到12岁时,吴秀兰才开始每周和父亲见面一次,每次两三个小时.当父亲发现她能心算三位数乘以三位数的乘法时,颇受触动.然而,当1959年吴秀兰高中毕业时,父亲不让她上大学.于是,吴秀兰暗暗地申请了50所美国大学,并申请了全额奖学金以支持学业.然而,只有四所学院给了回复,前三所都拒绝了她.当她以为自己被整个美国拒绝的时候,瓦萨学院接收了她,并提供全额奖学金.
当时在纽约的父亲碰巧参加了朋友的女儿——一位瓦萨学院学生的毕业典礼,他意识到瓦萨学院是一座非常有声望的学府,这才给女儿买了从香港到旧金山的船票,并给了她40美元零用钱.
瓦萨学院给了吴秀兰极大的支持：她无需担心个人经济状况,因而可以完全集中精力学习；她被带领去参观大都会博物馆；学院安排一个夏天为她补习英文；她与其他八个外国学生被邀请到白宫与51届校友杰奎琳·肯尼迪见面并会见国会议员.更重要的是,瓦萨学院培养了她的自信、毅力和恒心.
她原本想成为一个艺术家,然而,在读了居里夫人的传记后,她决定将自己的一生献给科学.
1963年,她以最优等生的身份从瓦萨学院毕业,被哈佛大学录取,并享受全额奖学金.同时录取她的还有加州大学伯克利分校、哥伦比亚大学与耶鲁大学.而普林斯顿大学写信回复她说,对于女性,他们只接受本校教授的太太们.加州理工学院则回复说,他们没有女生宿舍,因而不会接受女性,除非她们一 “异常优秀”.
即使在哈佛,吴秀兰的学业仍然充满阻碍.男生会在男生宿舍一起做功课,女生则不被准许进入,而吴秀兰是物理系当年唯一的女性.在第一年年底,吴秀兰被授予硕士学位——这是女性被允许从哈佛拿到研究生学位的第一年,然而,当她和同学一起参加给毕业生的免费午餐时,一名保安要求她离开哈佛庭院,并说,一百年来没有女人被允许参加这个毕业典礼的午餐.
吴秀兰说,在哈佛时,琼·贝兹的《We Shall Overcome》是她最喜次的一首歌.
1962年和1963年,吴秀兰在布鲁克海文国家实验室工作,在那里,她遇到了自己的丈夫——哈佛大学的理论物理学家吴大峻.在70年代末,当她还是威斯康星大学的助理教授时,丈夫与她探讨了是否生小孩的问题,考虑到如果这么做,那么她可能就不会获得终身教职,并且可能失去所有的科研经费,最终,他们不得不放弃生小孩.
如今,吴秀兰仍然辗转于位于日内瓦的欧洲核子研究中心与威斯康星大学麦迪逊分校两地之间,她说她之所以如此努力工作,是因为自己全身心热爱科学事业.她曾经做出决定,要将自己的一生奉献给科学,并为人类做出贡献.在几十年的人生中,她经历了生活和科学发现的喜悦.她说： “探寻可能是漫长的,也可能是艰难的.很多时候,它是既漫长又艰难的.当遇到障碍时,你跌倒,然后重新站起来……你要相信自己,要忠于自己的决心.”
摘自微信公众号原理
高能物理论文参考资料：
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