费米气体模型与原子核物理

吴健雄为世界现代物理学发展作出了杰出的贡献，她在博士在读期间就参加了制造原子弹的“曼哈顿计划”，解决了连锁反应无法延续的重大难题，被人们称为“原子弹之母”。

她还验证了著名的“弱相互作用下的宇称不守恒”和“β衰变中矢量流守恒定律”，并先后获得了各国政府及世界著名大学颁发的荣誉、学位和奖励等，成为名副其实的“世界物理女王”。

科学贡献

1.1957年用β衰变实验证明了在弱相互作用中的宇称不守恒。

1956年之前，吴健雄已因在β衰变方面所作过的细致精密又多种多样的实验工作而为核物理学界所熟知。

1956年李政道、杨振宁提出在β衰变过程中宇称可能不守恒之后，吴健雄立即领导她的小组进行了一个实验，在极低温（0.01K）下用强磁场把钴-60原子核自旋方向极化（即使自旋几乎都在同一方向），而观察钴-60原子核β衰变放出的电子的出射方向。

他们发现绝大多数电子的出射方向都和钴-60原子核的自旋方向相反。

就是说，钴-60原子核的自旋方向和它的β衰变的电子出射方向形成左手螺旋，而不形成右手螺旋。

但如果宇称守恒，则必须左右对称，左右手螺旋两种机会相等。

因此，这个实验结果证实了弱相互作用中的宇称不守恒。

由此，在个物理学界产生了极为深远的影响。

2.1963年用实验证明了核β衰变在矢量流守恒定律。

吴健雄对β变的一系列实验工作，特别是1963年证明的核β衰变中矢量流守恒定律，是物理学史上第一次由实验定实电磁相互作用与弱相互作用有密切关系，对后来电弱统一理论的题出起一重要作用。

3.在β衰变研究在的其他贡献

关于β衰变的研究对原子核物理和粒子物理的发展具有极重要的意义。

吴健雄从事这一专门领域的研究多年，被公认为是这方面的权威。

证实了β谱形状的源效应，澄清了早期β衰变理论中的一些错误，支持了费米理论。

对β衰变的各种跃迁，特别是禁戒跃迁的全部级次进行了系统的研究，丰富和完善了β衰变的理论。

对双β衰变的研究。

1970年，吴健雄等报道了一次在美国克里夫兰附近的一个600余米深的盐矿井内进行的48Ca双β衰变则实验。

实验选在深矿井内是为了尽量减少宇宙线的背景辐射。

4.关于量子力学的基本理论方面的实验

吴健雄1935年爱因斯坦、波多尔斯基、罗森发表了一篇论文，对哥本哈根学派创立的量子力学描述的完备性提出了疑问，他们的看法可归结为一个佯谬。

由于对量子力学关于物理量可测度性及几率概念的认识有不同看法，爱因斯坦始终认为应当有一种理想的、确定的、对物理实质有完备叙述的理论出现以代替目前的量子力学数学结构，因而导了后来有“隐变量理论”的出现，即认为量子力学中的“概率”乃是对某些目前未知的“隐变量”作某种平均的结果。

因此，几十年来有一些物理学家企图寻觅这些“隐变量”以建立新的、完备的量子力学，但均未成功。

而另一些物理学家则否认有这些“隐变量”存在，事实上已有人证明在希尔伯特的某些条件下，目前的量子力学的数学结构是不容隐变量存在的。

吴健雄等早在1950年就发表了一篇关于“散射湮没辐射的角关联”的文章，实验表明具有零角动量的正、负电子对湮没后发出的两个光量子，如狄拉克理论所预料，将互成直角而被极化，也证明正电子与负电子的宇称相反，说明与目前的量子力学并无矛盾。

1975年吴健雄等又发表了一篇题为“普顿散射的湮没光子的角关联以及隐变量”的文章，报道他们测得的在一很宽的散射角范围内到达符合的康普顿散射光子的角分布，其结果与假设电子与正电子有相反的宇称为前提而得到的标准的量子力学计算相符。

J.S.贝尔（Bell）在1964年曾对任何局部隐变量理论所能预言的角分布取值围作了限定，而吴健雄等所观察到的角分布在假设通常的量子力学康普顿散射公式是正确的前提下并不符合贝尔的限定，这样也就再次对局部隐变量理论作了否定，从而在更高程度上支持了量子力学的正统法则。

5.μ子、介子和反质子物理方面的实验研究

从60年代中期开始的10年间，吴健雄集中力量从事这一中、高能物理领域的实验工作。发表了大量论文，有不少工作富有首创性和很高的学术价值。

μ子物理方面的工作包括：Sn，Nd，W等元素的μ子X射线的同位素移的测定；209Biμ子X射线的磁偶极和电四极矩超精细相互作用的研究；近10种μ子原子中核γ射线的测定等。

介子和反质子物理方面的工作主要是利用布鲁克海文国家实验室内的交变梯度同步加速器产生的强大的K-，Σ-和粒子流，以高分辨率Ge(Li)探测器为工具，用奇异原子方法准确地测定了这些粒子的质量和磁矩。

6.穆斯堡尔效应的测量及其应用方面的工作

在1958年发现穆斯堡尔效应之后，吴健雄就开始对它进行深入研究。

他们专门研制了一种闭环氦致冷器用于低温穆斯堡尔效应研究，其温度控范围为20—300K，对于放射源或库仑激发源均可使用。

他们用库仑激发后产生的穆斯堡尔效应，分别测量了钨同位素(182,184,186W)和铪同位素(176,178,180Hf)的第一激发2+态中的电四极矩的比率，并与转动模型所预期的结果作了比较。

在1978年，他们进一步用一个3He/4He稀释致冷器使穆斯堡尔测量得以在低至0.03K的温度下进行，以研究氧高铁血红素的磁性质与弛豫特性，结果表明在约0.13K时该血红素进行磁跃迁；利用这一装量还在诸如收体温术、弛豫效应、与温度有关的超精细场的研究等方面进行了一些实验，得出了许多有意义的结果。

7.其他实验工作

吴健雄在实验核物理方面的研究工作涉及面广。

她尤其注意实验技术的不断改进，曾对多种核辐射测器的开发、改进做出了贡献，例如薄窗盖革计数器、某些塑料闪烁探测器、Ge(Li)半导体探测器等。

至于所涉足的实验工作，较早斯完成的有某些方射性同位索的分析，慢中子速度谱仪研究（多种材料），中子在正氢和仲氢中的散射以及核力范围的探讨，在气体中形成电子偶素时电场影响的研究，延迟符合技术用于测42Ca和47Sc的激发态的寿命，中子与3He的相互作用的研究，高能级发出的内转换谱线的观察、对正电子谱及正电子湮没的研究等等。

1934年，撰写了《证明布喇格定律》论文。

1950年就发表了一篇关于“散射湮没辐射的角关联”的文章。

她与S.A.兹科夫斯基（Moczkowski）合著有《β衰变》一书；在K.西格邦（Siegbahn）所编《α-，β-和γ-射线谱学》一书中，吴健雄也是关于β衰变和β相互作用部分的撰稿人。

前面所述两项主要学术成就实际上也都与β衰变研究直接有关。

1975年，吴发表了“普顿散射的湮没光子的角关联以及隐变量”的文章。

1992年，南京大学出版社出版了其论文演讲集《半个世纪的科学生涯》。