Δευτέρα 12 Φεβρουαρίου 2024

Σπουδαία πειράματα στη Φυσική: Πειράματα του Νεύτωνα στην Οπτική.

Ο Ισαάκ Νεύτων πειραματίζεται με το ηλιακό φως. 
Χαρακτικό του Σκωτσέζου ζωγράφου John Adam Houston.

Το 1665 στην Αγγλία ξέσπασε μεγάλη επιδημία πανώλης (πανούκλα), η επονομαζόμενη "Μεγάλη πανώλη του Λονδίνου".

Εκείνη την χρονιά ο Isaac Newton (Ισαάκ Νεύτων) ήταν 22 ετών και μόλις είχε ολοκληρώσει τον πρώτο κύκλο σπουδών του στο Κολλέγιο Trinity του Πανεπιστημίου Cambridge (Καίμπριτζ). Λόγω της επιδημίας το πανεπιστήμιο μπήκε σε καραντίνα και ο Νεύτων, μη μπορώντας να συνεχίσει στον επόμενο κύκλο σπουδών, επέστρεψε στον τόπο καταγωγής του, το Woolsthorpe (Γούλσθροπ) του Lincolnshire (Λίνκολνσαϊρ). Κατά την παραμονή στη γενέτειρά του, η μελέτη και η επιστημονική δραστηριότητά του ήταν τόσο παραγωγική, που στη βιβλιογραφία για τον Νεύτωνα αυτή η περίοδος αναφέρεται ως "Anni Mirabiles" ("Θαυματουργά Χρόνια"). Η προσωρινή αυτή διαμονή στο Γούλσθροπ κράτησε τελικά δύο χρόνια, όσο διήρκεσε η επιδημία. Στην διάρκεια αυτών των δύο ετών, ο Νεύτων δεν ασχολήθηκε μόνο με μαθηματικά προβλήματα, αλλά και με πειράματα Οπτικής. Να επισημάνω ότι ήδη από τα παιδικά του χρόνια είχε μάθει να πειραματίζεται στις ατέλειωτες μοναχικές του ώρες και μέρες.  

Sir Isaac Newton
Χαρακτικό του Βρετανού χαράκτη William Thomas Fry.

Στο πιο βασικό από αυτά τα πειράματα κι ένα από τα σπουδαιότερα πειράματα που έχουν γίνει από έναν άνθρωπο, ήταν η απόδειξη ότι το λευκό φως δεν είναι ένα βασικό χρώμα, αλλά αποτελεί μείγμα των "επτά" χρωμάτων της ίριδας. Έτσι, κατέρριψε τις σχετικές απόψεις του Αριστοτέλη. Ο Έληνας φιλόσοφος πίστευε ότι τα βασικά χρώματα είναι δύο, το λευκό και το μαύρο και ότι το λευκό βαθμιαία μετατρέπεται στο μαύρο περνώντας, κατά σειρά, από τα «ατελή» χρώματα κίτρινο, κόκκινο, ιώδες, πράσινο και κυανό.

Η πειραματική συσκευή που χρησιμοποίησε ο Νεύτων ήταν πολύ απλή, μόνο ένα τριγωνικό γυάλινο πρίσμα. Το πρίσμα ήταν ένα κομψό, απλό όργανο και η ποιότητα του γυαλιού που χρησιμοποιείτο στην κατασκευή του ήταν απαραίτητη για την επιτυχία της πειραματικής διαδικασίας. Το γυαλί κατείχε εξέχουσα θέση σε πολλές πτυχές της επιστημονικής έρευνας. Το γυαλί κατώτερης ποιότητας θα μπορούσε να ακυρώσει ή ακόμα και να ματαιώσει εντελώς το αποτέλεσμα σ' ένα πείραμα. Αν και το γυαλί που κατασκευαζόταν στην Αγγλία του 17ου αιώνα θεωρείτο υψηλότερης ποιότητας από αυτό που παραγόταν αλλού, ο Νεύτωνας, όπως πολλοί από τους συναδέλφους του, συχνά έφτιαχνε και λείαινε το δικό του γυαλί.

Καλλιτεχνική απεικόνιση της ανάλυσης λευκού φωτός από γυάλινο τριγωνικό πρίσμα.
Από  blenderartists


Ο ίδιος ο Νεύτων περιγράφει εκτεταμένα και με ακρίβεια σε επιστολές, αλλά και στο θεμελιώδες έργο του "Opticks: or, A Treatise of the Reflexions, Refractions, Inflexions and Colours of Light" ("Οπτική: ή Μια Πραγματεία για τις Αντανακλάσεις, τις Διαθλάσεις, τις Αλλαγές πορείας και τα Χρώματα του Φωτός") τι ακριβώς έκανε για την επιτυχία των πειραμάτων του. Ουσιαστικά ήθελε να κατανοήσει τη φύση του φωτός και των χρωμάτων και να ελέγξει πειραματικά την επικρατούσα θεωρία ότι το πρίσμα δημιουργεί χρώματα από το λευκό φως. Τα πειράματά του ήταν απλά και θα τα χαρακτήριζα κομψά.

Στο παντζούρι ενός παραθύρου άνοιξε τρύπα μικρής διαμέτρου, περίπου ένα τρίτο της ίντσας (0,85 εκ.), με σκοπό το φως του ήλιου να εισέρχεται στο κατασκότεινο δωμάτιο με τη μορφή πολύ λεπτής δέσμης η οποία έπεφτε στον τοίχο απέναντι από αυτό το παράθυρο όπου είχε τοποθετήσει μια κόλλα χαρτιού. Αν δεν μεσολαβούσε κάτι ανάμεσα στην τρύπα και τον τοίχο, τότε πάνω στο χαρτί στον τοίχο σχηματιζόταν μια λευκή κηλίδα με διάμετρο περίπου όσο αυτή της τρύπας. Όμως, όταν στην πορεία της φωτεινής δέσμης παρεμβαλλόταν ένα γυάλινο πρίσμα, η εικόνα στο χαρτί άλλαζε. Τότε ο Νεύτων παρατηρούσε τον σχηματισμό μιας χρωματιστής ταινίας με πάχος όσο ήταν η διάμετρος της τρύπας και με μήκος περίπου πέντε φορές μεγαλύτερο από το πάχος. Η εικόνα της χρωματιστής ταινίας δεν ήταν κάτι που έβλεπε για πρώτη φορά ο Νεύτωνας, γιατί αυτό που παρατηρούσε ήταν η διαδοχή των χρωμάτων που μπορούσε να δει σ’ ένα ουράνιο τόξο. Η ταινία ξεκινούσε έχοντας στη μια πλευρά το κόκκινο χρώμα και στην άλλη άκρη το ιώδες (μοβ) χρώμα. Στο ενδιάμεσο και με τη σειρά από το κόκκινο προς το ιώδες, παρατηρούσε το πορτοκαλί, το κίτρινο, το πράσινο, το γαλάζιο (blue) και το μπλε (indigo). Αυτή η χρωματιστή ταινία δεν είναι τίποτε άλλο παρά το ορατό μέρος του φάσματος του λευκού φωτός. Το πείραμα αυτό επεναλήφθηκε από τον Νεύτωνα αρκετές φορές, μερικές από τις οποίες προσπαθούσε να χρησιμοποιεί πιο καθαρό γυαλί για το πρίσμα. Το αποτέλεσμα ήταν πάντα το ίδιο.


Η παραπάνω εικόνα 13 προέρχεται από το βιβλίο Opticks.
To XY αντιστοιχεί στον ήλιο. Το EG παριστάνει το πατζούρι και το F είναι η μικρή οπή σ' αυτό.
Το ABC είναι το γυάλινο πρίσμα, ΜΝ είναι το κομμάτι του χαρτιού στον τοίχο και ΡΤ το χρωματιστό μακρόστενο φάσμα που παίρνουμε από την ανάλυση του ηλιακού φωτός. Το άκρο Τ αντιστοιχεί στο κόκκινο χρώμα και το άλλο άκρο Ρ αντιστοιχεί στο ιώδες. 

Στην επικεφαλίδα του 3ου οπτικού πειράματος σημειώνει χαρακτηριστικά ο Νεύτων "Το φως του ήλιου αποτελείται από ακτίνες διαφορετικά διαθλάσιμες".

Βέβαια όπως προείπα, ο Νεύτων δεν ήταν ο πρώτος που παρατήρησε αυτή τη σειρά των χρωμάτων, αλλά ο πρώτος που μελέτησε τις φασματικές ταινίες και κατέληξε σε χρήσιμα συμπεράσματα, αφού απέκλεισε τυχαίους παράγοντες, όπως ατέλειες στο γυαλί του πρίσματος ή λοξοδρόμηση των ακτίνων.

Ας δούμε πώς περιγράφει ο ίδιος ο Νεύτων το πείραμά του: "Έχοντας σκοτεινιάσει το δωμάτιό μου για το σκοπό αυτό και ανοίξει μια μικρή τρύπα στα παραθυρόφυλλά μου για να αφήσω να μπαίνει μια κατάλληλη ποσότητα από το φως του Ήλιου, τοποθετώ το πρίσμα μου στην είσοδο της φωτεινής δέσμης, ώστε το φως να μπορεί έτσι να διαθλάται προς τον απέναντι τοίχο. Στην αρχή ήταν μια πολύ ευχάριστη διασκέδαση να βλέπω τα ζωηρά και έντονα χρώματα που παράγονται έτσι· αλλά έπειτα από κάμποση ώρα, όταν βάλθηκα να τα εξετάσω προσεχτικότερα, ένιωσα έκπληξη βλέποντας ότι είχαν επίμηκες σχήμα, ενώ, σύμφωνα με τους παραδεδεγμένους νόμους της διάθλασης, περίμενα ότι το σχήμα θα ήταν κυκλικό."

Το εξώφυλλο της 1ης έκδοσης (1704) του βιβλίου "OPTICKS" του Νεύτωνα.

Συνεχίζοντας ο Νεύτων τα πειράματά του διαπίστωσε ότι κάθε ένα από τα χρώματα (κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, γαλάζιο, μπλε, ιώδες) δεν μπορούσε να αναλυθεί σε κάτι διαφορετικό. Δηλαδή, το λευκό φως μπορεί να αναλυθεί στα διάφορα χρώματα που το συνθέτουν με την βοήθεια ενός πρίσματος, επειδή το κάθε χρώμα παρουσιάζει διαφορετική διαθλαστικότητα. Μεγαλύτερη διαθλαστικότητα παρουσιάζει το ιώδες και αυτή η διαθλαστικότητα μειώνεται καθώς τα χρώματα εναλλάσσονται μέχρι το ερυθρό. 

Ο κύκλος των χρωμάτων όπως σχεδιάστηκε από τον Νεύτωνα. 
Η τοποθέτηση των χρωμάτων γύρω από την περιφέρεια ενός κύκλου
αποτέλεσε μια πολύ χρήσιμη και έξυπνη ιδέα για τους ζωγράφους.
Έτσι, τα πρωτεύοντα χρώματα των ζωγράφων (κόκκινο, κίτρινο, μπλε) μπορούσαν
να τοποθετηθούν απέναντι από τα συμπληρωματικά τους χρώματα
(π.χ. το κόκκινο απέναντι στο πράσινο) με αποτέλεσμα κάθε συμπληρωματικό
να ενισχύει το άλλο μέσω της οπτικής αντίθεσης.

Αυτό το απέδειξε με το παρακάτω πείραμα. Αφού ανέλυσε το λευκό φως με τη βοήθεια ενός πρίσματος, τοποθέτησε ένα δεύτερο πρίσμα σε απόσταση περίπου πέντε μέτρων από το πρώτο και σ’ αυτό οδήγησε μόνο την ακτίνα του κόκκινου χρώματος όπως έφευγε κατευθείαν από το πρώτο πρίσμα. Παρατήρησε ότι η δεύτερη διάθλαση της κόκκινης ακτίνας δεν προκάλεσε την παραγωγή κάποιου άλλου χρώματος. Η κόκκινη ακτίνα παράμεινε κόκκινη παρά την διάθλασή της στο δεύτερο πρίσμα. Στο ίδιο αποτέλεσμα κατέληγε ακόμη κι αν περιέστρεφε το πρίσμα. Το ίδιο συνέβαινε αν χρησιμοποιούσε ακτίνα οποιουδήποτε χρώματος, οι ακτίνες δεν άλλαζαν χρώμα. Αργότερα αυτό το πείραμα το αποκάλεσε «experimentum crucis», δηλαδή «κρίσιμο πείραμα». 

Η διάθλαση της κόκκινης ακτίνας δεν προκαλεί την παραγωγή κάποιου άλλου χρώματος.

Το κρίσιμο πείραμα έδειχνε ότι οι ακτίνες διατηρούσαν το χρώμα τους όταν διέρχονταν από δεύτερο πρίσμα και κάθε ακτίνα είχε συγκεκριμένο βαθμό διαθλαστικότητας. Ο Νεύτων απέδειξε πειραματικά ότι το πρίσμα  δεν δημιουργούσε χρώματα, αλλά απλώς διαχώριζε τα χρώματα που προϋπήρχαν στην αρχική ακτίνα λευκού φωτός, επειδή κάθε μέρος του φάσματος είχε τον δικό του βαθμό διαθλαστικότητας. Αυτή η παρατήρηση οδηγούσε σε δύο συμπεράσματα. Πρώτον, υπήρχε αναλογία μεταξύ διαθλαστικότητας και χρώματος και δεύτερον, το λευκό φως ήταν ετερογενές μείγμα διαφορετικών χρωμάτων. Το δεύτερο συμπέρασμα ήταν αυτό που προκάλεσε τη μεγάλη επανάσταση στην επιστήμη της Οπτικής. Η αριστοτελική και, αργότερα, η καρτεσιανή αντίληψη για τη φύση του φωτός κατέρρευσαν από ένα και μοναδικό πείραμα, αυτό του Νεύτωνα.

Η παραπάνω εικόνα 14 προέρχεται από το βιβλίο Opticks.
Τo S αντιστοιχεί στον ήλιο. Το EG παριστάνει το πατζούρι και το F είναι η μικρή οπή σ' αυτό.
Το ABC είναι το πρώτο γυάλινο πρίσμα που αναλύει το λευκό φως και το DH είναι το δεύτερο πρίσμα μέσα από το οποίο οδηγείται μια μονοχρωματική ακτίνα. Το ΡΤ είναι η μακρόστενη εικόνα που βλέπουμε από την ανάλυση του λευκού φωτός αν δεν παρεμβληθεί το δεύτερο πρίσμα. Στo pt παρατηρούμε ότι η μονοχρωματική ακτινοβολία δεν αναλύεται παραπέρα, αφού έχει περάσει από το δεύτερο πρίσμα. 

Αυτή η σειρά πειραμάτων του Νεύτωνα περιλάμβανε και ένα τρίτο σημαντικό πείραμα που έγινε αργότερα. Θέλησε να ελέγξει αν το φαινόμενο της ανάλυσης του λευκού φωτός είναι αναστρέψιμο. Έτσι, στο πείραμα που έστησε τοποθέτησε ένα δεύτερο πρίσμα στην πορεία της πολύχρωμης δέσμης που είχε προκύψει από το πρώτο πρίσμα. Βέβαια, το δεύτερο πρίσμα ήταν κατάλληλα τοποθετημένο με την ακμή του αντίθετα προσανατολισμένη απ’ ότι αυτή του πρώτου. Η λογική του Νεύτωνα ήταν ότι αν το πρώτο πρίσμα μπορούσε να δημιουργήσει χρώματα από το λευκό φως, ίσως θα μπορούσε να δημιουργήσει ακόμη περισσότερα χρώματα από τις υπάρχουσες χρωματιστές ζώνες. Αμέσως διαπίστωσε ότι η πολύχρωμη ταινία που έπεφτε στο δεύτερο πρίσμα έβγαινε από αυτό ως λευκή ακτινοβολία και μάλιστα σχημάτιζε μια λευκή κηλίδα! Αυτό επιβεβαίωσε ότι το λευκό φως ήταν ένα μείγμα διαφορετικών χρωμάτων και αμφισβήτησε την ιδέα ότι το πρίσμα ήταν αποκλειστικά υπεύθυνο για τη δημιουργία χρωμάτων.

Ανάλυση και σύνθεση του λευκού φωτός με συνδυασμό δύο τριγωνικών πρισμάτων.

Τέλος, στηριγμένος στο συμπέρασμα ότι το λευκό φως αποτελείται από χρώματα, ο Νεύτωνας κατασκεύασε τρόχο που έχει το όνομά του ("Τροχός του Νεύτωνα"), με το γύρισμα του οποίου καταφέρνουμε να συνθέτουμε το λευκό χρώμα στην επιφάνεια του δίσκου του τροχού. 

Υπολογίζεται ότι το 1670, αφού πλέον είχε τελειώσει τις σπουδές του και είχε γίνει καθηγητής μαθηματικών στη Λουκασιανή (Lucasian) Έδρα του Καίμπριτζ από το 1669, ο Νεύτων ολοκλήρωσε το μεγαλύτερο μέρος του έργου του στην Οπτική. Όμως το συνολικό έργο του στην οπτική παρουσιάστηκε εκδοτικά για πρώτη φορά πολύ αργότερα, το 1704, με το πολυσέλιδο βιβλίο του «Opticks».

Στο μεσοδιάστημα, κάνοντας αρχή το 1672, ο Νεύτων είχε παρουσιάσει τα βασικά σημεία του έργου του στην Οπτική, είτε με δημοσίευση άρθρων στο περιοδικό Philosophical Transactions (Φιλοσοφικά Πεπραγμένα) της Royal Society, είτε με ομιλίες του, είτε μέσω επιστολών.  

Ο τροχός του Νεύτωνα.

Ο λόγος για την καθυστερημένη έκδοση του έργου «Οπτική» είχε να κάνει με την πολύχρονη αντιπάθεια και αντιπαράθεση που υπήρχε ανάμεσα στο Νεύτωνα και τον Robert Hooke (Ρόμπερτ Χουκ), που ήταν υπεύθυνος πειραμάτων της Royal Society. Η διαμάχη ανάμεσα σ’ αυτούς τους δύο μεγάλους επιστήμονες κράτησε περίπου 40 χρόνια και είχε σχέση με τις διαφορετικές απόψεις τους στα ζητήματα της Οπτικής, αλλά όχι μόνο.

Μόνο μετά τον θάνατο του Χουκ το 1703, αποφάσισε ο Νεύτων να εκδώσει το έργο του «Οπτική», το οποίο βέβαια περιείχε και πολλά άλλα θέματα (π.χ. για τον ανθρώπινο μεταβολισμό, την κυκλοφορία του αίματος, πειράματα αλχημείας κλπ) πέραν αυτών που είχαν σχέση καθαρά με την Οπτική (π.χ. ανάκλαση και διάθλαση του φωτός, λειτουργία του ματιού, κατασκευή του κατοπτρικού τηλεσκοπίου, θεωρία των χρωμάτων κλπ). 

Χειρόγραφες σημειώσεις του Νεύτωνα που περιέχονται στο βιβλίο του "Οπτική".

Αξίζει νομίζω να αναφέρω πώς ο Νεύτων ξεκινάει το έργο του "Οπτική": "Πρόθεσή μου σ' αυτό το βιβλίο δεν είναι να εξηγήσω τις ιδιότητες του φωτός με υποθέσεις, αλλά να προτείνω και να τα αποδείξω με τη Λογική και τα Πειράματα...."

Να σημειώσω ότι μετά τον θάνατο του Χουκ, ο Νεύτων εξελέγη πρόεδρος της Royal Society το 1703 μέχρι το θάνατό του, το 1727.

  • Το κείμενο (pdf) της 1ης έκδοσης του βιβλίου "OPTICKS" από το Internet Archives.
  • Κείμενο με τίτλο "Ο Νεύτων και η φύση του φωτός" από τον Καθηγητή Χ. Βάρβογλη, στην εφημερίδα ΤΟ ΒΗΜΑ.
Σχέδιο από το βιβλίο "Opticks", όπου φαίνεται η διάθλαση του ηλιακού φωτός
μέσα από δύο τριγωνικά πρίσματα. 
  • Πειραματική παρουσίαση της λειτουργίας του δίσκου του Νεύτωνα από τον Ν. Χρόνη.
  • Εργασία με τίτλο "Ισαάκ Νεύτων: Μια Ματιά στην Οπτική" από τον Κων. Ιγνατιάδη και την Ίριδα Πάτρα.
  • Βιντεοπαρουσίαση των πειραμάτων του Νεύτωνα για την ανάλυση του λευκού φωτός από την Khan Academy (αγγλικά, 7:40). 

  Πηγή: wikipedia,  academia,  ΤΟ ΒΗΜΑ,  physicswithart,  micromagnetSmithsonian Librarieswebexhibits,   twinkl,   AAAS,   cmog,  byjus

Τρίτη 9 Ιανουαρίου 2024

Σαν σήμερα... 1957, η Chien-Shiung Wu επιβεβαιώνει πειραματικά την μη διατήρηση της ομοτιμίας στην β ασθενή αλληλεπίδραση.

Η εργασία αφιερώνεται στον Φυσικό Edward Laganas γιατί αφενός με προέτρεψε ν' ασχοληθώ με το θέμα, αφετέρου με βοήθησε στη σωστή παρουσίασή του.

Chien-Shiung Wu
Από: University Archives, Rare Book & Manuscript Library, Columbia University Libraries

Σαν σήμερα, στις 9 Ιανουαρίου 1957, η πειραματική φυσικός Chien-Shiung Wu (Σιεν-Σιουγκ Γου) με την ομάδα της ολοκλήρωσε το πείραμα με το οποίο επιβεβαιώθηκε η μη διατήρηση της ομοτιμίας (parity) (συμμετρία αριστερού - δεξιού) στην βήτα (β) ασθενή αλληλεπίδραση. Στην βιβλιογραφία (APS) αναφέρεται και η 27 Δεκεμβρίου 1956 ως τέτοια ημερομηνία, επειδή τότε ήδη είχαν κυκλοφορήσει πληροφορίες για το γεγονός. 

Καταλαβαίνω, ότι για όποιον(-α) δεν κινείται στο χώρο της Φυσικής, έβαλα πολλούς άγνωστους όρους ήδη από την πρώτη πρόταση αυτού του κειμένου. «Ομοτιμία», «β διάσπαση», «ασθενής αλληλεπίδραση», «διατήρηση ή όχι της ομοτιμίας» κλπ είναι μερικοί από τους “εξωτικούς όρους” που χρειάζεται να εξηγήσω, πριν φτάσω στο ίδιο το πείραμα της Μαντάμ Γου (προσωνύμιο της Σιεν Γου, αντίστοιχο αυτού της Μαντάμ Κιουρί) και την αξία του.  

Tsung-Dao Lee

Πριν ν’ ασχοληθώ με την έννοια της ομοτιμίας στη φυσική, θα γράψω λίγα πράγματα για την έννοια της συμμετρίας και την σχέση της με τους νόμους διατήρησης στη φυσική. Ομολογώ ότι θα ασχοληθώ με τα θεωρητικά ζητήματα πολύ περιεκτικά.

Η πρώτη και ίσως η πιο σημαντική έννοια της συμμετρίας είναι ότι ο χώρος και ο χρόνος είναι ισότροποι και ομοιογενείς. Αυτό πρακτικά σημαίνει ότι όλα τα σημεία και όλες οι κατευθύνσεις στο διάστημα είναι ισοδύναμα, έτσι ώστε να μην υπάρχει πραγματική διάκριση απόλυτης θέσης στο χρόνο και το χώρο. Την συμμετρία την συναντάμε τόσο στην έμβια όσο και στην άβια φύση και αποτελεί έννοια των μαθηματικών (π.χ. γεωμετρία), της φυσικής, της χημείας, της βιολογίας, αλλά και της αρχιτεκτονικής, της γλυπτικής, της μουσικής κλπ. Ένας από τους πολλούς ορισμούς για την συμμετρία θα μπορούσε να ήταν αυτός: «Συμμετρία είναι η ιδιότητα ενός αντικειμένου ή συστήματος, να παραμένει αναλλοίωτη μετά από ένα σύνολο μετασχηματισμών».

Ένα φυσικό σύστημα μπορεί να μετατοπιστεί στο χώρο από μια θέση σε μια άλλη. Αυτή η μετακίνηση ονομάζεται χωρική μετατόπιση. Αν π.χ. έχουμε ένα χάρακα συγκεκριμένου μήκους και τον μετακινήσουμε ελεύθερα στο χώρο, δεν αλλάζουν οι ιδιότητές του καθώς κάνουμε αυτή τη μεταφορά. Τίποτα από ό,τι συνθέτει το υλικό από το οποίο είναι φτιαγμένος ο χάρακας δεν αλλάζει, καθώς αυτός μετακινείται. Αυτό αποτελεί την «μεταφορική συμμετρία» στο χώρο.

Chen Ning Yang

Επίσης, όποτε κι αν μετρηθεί το μήκος του χάρακα, τώρα, χθες, μετά από μια βδομάδα, το αποτέλεσμα της μέτρησης θα είναι το ίδιο, αρκεί να μην έχει υποστεί κάποια αλλοίωση ο χάρακας. Αυτό αποτελεί την «χρονική συμμετρία» στο χώρο (συμμετρία που σχετίζεται με το χρόνο).

Τέλος, με όποια κατεύθυνση να τοποθετήσουμε τον χάρακα ή να τον περιστρέψουμε γύρω από ένα σημείο ή γύρω από ένα νοητό άξονα, δεν θα αλλάξουν οι ιδιότητές του. Αυτό αποτελεί την «περιστροφική συμμετρία».

Στη φυσική, ένας νόμος διατήρησης δηλώνει ότι η συγκεκριμένη μετρήσιμη ιδιότητα ενός απομονωμένου φυσικού συστήματος δεν αλλάζει καθώς το σύστημα εξελίσσεται. Η σχέση μεταξύ των νόμων διατήρησης και των συμμετριών προέρχεται από το σχετικό «Θεώρημα Νέτερ» της σπουδαίας Γερμανίδας μαθηματικού Emmy Noether (Έμι Νέτερ).

Ας δούμε τώρα ποιος νόμος διατήρησης της φυσικής συνδέεται με κάθε ένα είδος από τις τρεις παραπάνω συμμετρίες.

Η «μεταφορική συμμετρία» στο χώρο συνδέεται με την «Αρχή Διατήρησης της Ορμής».

Η «χρονική συμμετρία» συνδέεται με την «Αρχή Διατήρησης της Ενέργειας» ενός συστήματος.

Τέλος, η «περιστροφική συμμετρία» συνδέεται με την «Αρχή Διατήρησης της Στροφορμής». Αυτό που πρέπει απλά να έχουμε στο μυαλό μας είναι ότι οι συμμετρίες οδηγούν σε νόμους διατήρησης.

Οι πρωτεργάτες του πειράματος από το Εργαστήριο Χαμηλών 
Θερμοκρασιών του Εθνικού Γραφείου Προτύπων (NBS).
Πάνω: Έρνεστ Άμπλερ και Ρέιμοντ Χέιγουορντ
Κάτω: Ραλφ Χάντσον και Ντέιλ Χοπς

Το «αριστερό» και το «δεξιό» είναι μια άλλη διακριτή συμμετρία. Οι νόμοι της φυσικής έδειχναν πάντα πλήρη συμμετρία μεταξύ του αριστερού και του δεξιού, δηλαδή, σε όλη τη φυσική ίσχυε η «κατοπτρική συμμετρία». Όμως,  μετά την εισαγωγή της κβαντικής μηχανικής στο πρώτο τέταρτο του 20ου αιώνα, το θέμα «αριστερά - δεξιά» ήρθε πάλι στην επικαιρότητα.

Στην πυρηνική φυσική και στη φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων η ομοτιμία (parity) είναι μια κατοπτρική συμμετρία και συνδέεται με τον κβαντικό αριθμό της ομοτιμίας. Στην πραγματικότητα, η διατήρηση της ομοτιμίας είναι η άμεση συνέπεια του νόμου της συμμετρίας αριστερού - δεξιού.

Κατοπτρική συμμετρία
Από: Science Wiki

Ο νόμος για την σταθερότητα διατήρησης της ομοτιμίας δηλώνει ότι για οποιοδήποτε ατομικό ή πυρηνικό σύστημα, κανένας νέος φυσικός νόμος δεν θα πρέπει να προκύψει επειδή θα φτιαχτεί ένα νέο σύστημα που θα είναι κατοπτρική εικόνα του πρωτότυπου αντικειμένου ή γεγονότος. Με άλλα λόγια, αν έχουμε δύο κόσμους που ο ένας είναι βασισμένος σε ένα "δεξιόστροφο" σύστημα (ας πούμε ότι είναι το πραγματικό αντικείμενο) και ο άλλος βασίζεται σε ένα "αριστερόστροφο" σύστημα (ας πούμε, ότι είναι η κατοπτρική εικόνα), αυτοί οι δύο κόσμοι υπακούουν στους ίδιους νόμους της φυσικής. Σ’ αυτόν το νόμο επάνω είχαν χτιστεί όλες οι θεωρίες της φυσικής από τη δεκαετία του 1920 έως το 1957 και αυτό είχε περιορίσει σοβαρά την προβλεπόμενη συμπεριφορά των διαφόρων στοιχειωδών σωματιδίων.

Η κατοπτρική ανάκλαση περιστρεφόμενης μπάλας.
Το πραγματικό αντικείμενο (αριστερά) και το  είδωλο
(δεξιά) δεν φαίνονατι διαφορετικά.
Από: Physical Review

Μία κυματοσυνάρτηση που περιγράφει ένα σωματίδιο μπορεί να έχει άρτια parity και τότε η ομοτιμία της είναι θετική (P = +1) ή περιττή parity και τότε η ομοτιμία της είναι αρνητική (P = -1).

Το πρόβλημα της ομοτιμίας ήρθε στο προσκήνιο όταν οι φυσικοί συνάντησαν «το τ – θ δίλημμα» ("τ - θ puzzle"). Τα τ και θ είναι στοιχειώδη σωματίδια (τώρα ονομάζονται καόνια) που έχουν την ίδια μάζα, το ίδιο φορτίο και την ίδια διάρκεια ζωής, περίπου 5.18×10−8 s . Το σωματίδιο θ διασπάται σε δύο πιόνια, ενώ το τ διασπάται σε τρία πιόνια, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Από:  https://www.secretsofuniverse.in/parity-violation-weak-experiment/

Ένας τρόπος για να υπολογιστεί η ομοτιμία ενός σωματιδίου στη θεμελιώδη του κατάσταση είναι να παρατηρήσουμε τα σωματίδια στα οποία διασπάται και να πολλαπλασιάσουμε την ομοτιμία τους. Όπως φαίνεται παραπάνω, το σωματίδιο θ που διασπάται σε δύο πιόνια έχει ομοτιμία +1, επειδή κάθε πιόνιο έχει ομοτιμία -1 όπως προσδιορίζεται πειραματικά. Η ομοτιμία του θ προκύπτει αν πολλαπλασιάσουμε τις ομοτιμίες των 2 πιονίων του, (-1) x (-1) = (+1).

Με τον ίδιο τρόπο δουλεύοντας, βρίσκουμε ότι η ομοτιμία του σωματιδίου τ που διασπάται σε τρία πιόνια, υπολογίζεται σε (-1).

Πιστευόταν ότι η ομοτιμία διατηρείται σε κάθε αλληλεπίδραση σωματιδίων. Εκείνη την εποχή θεωρείτο ότι ήταν ένας νόμος της φύσης. Διατήρηση της ομοτιμίας σημαίνει ότι αυτή παραμένει ίδια πριν και μετά την αλληλεπίδραση. Αν η ομοτιμία διατηρηθεί, αυτό σημαίνει ότι τα τ και θ είναι διαφορετικά σωματίδια, επειδή  το αποτέλεσμα των διασπάσεων τους ήταν διαφορετικό, που όμως έχουν την ίδια μάζα, την ίδια διάρκεια ζωής και το ίδιο φορτίο. Από την άλλη, αν παραβιαστεί η ομοτιμία, τα τ και θ είναι ίδια σωματίδια.

Μέχρι το 1956, το θέμα των σωματιδίων τ και θ αποτελούσε ένα μεγάλο μυστήριο στην κοινότητα της φυσικής. Οι επιστήμονες το συζητούσαν σε συνέδρια, στις επαφές μεταξύ τους, αλλά και με κάθε δυνατή ευκαιρία.

Το σχέδιο 1 συνόδευε την πρωτότυπη πειραματική εργασία
των Γου, Άμπλερ, Χέιγουορντ, Χοπς και Χάντσον που δημοσιεύτηκε 
στο περιοδικό Physical Review στις 15 Φεβρουαρίου 1957.

Από: Physical Review

Τον Απρίλιο του 1956, ο κινεζικής καταγωγής Αμερικανός φυσικός  Chen Ning Yang (Τσεν Νιγκ Γιαγκ) παρακολούθησε την 6η Διάσκεψη του Ρότσεστερ (International Conference on High Energy Physics). Οι συναντήσεις του Ρότσεστερ (εξακολουθούν να αποκαλούνται έτσι, παρόλο που γίνονται πλέον σε διαφορετικό τόπο κάθε 2 χρόνια) οργανώνονται προκειμένου να φέρουν κοντά τους θεωρητικούς και τους πειραματικούς φυσικούς, ώστε να συζητήσουν και να κατανοήσουν καλύτερα τα άλυτα προβλήματα της φυσικής κάθε εποχής. Σε αυτή την συνάντηση ο Γιαγκ παρουσίασε το «δίλημμα τ – θ» (εργασία των J.R. Oppenheimer, C.N. Yang, C. Wentzel, R.E. Marshak, R.H. Dalitz) με αποτέλεσμα να υπάρξουν αρκετές ομιλίες πάνω στο θέμα, καθεμία από τις οποίες προσπάθησε να δώσει απάντηση στις απορίες που προέκυπταν. Μία από τις προτάσεις ήταν ότι τα σωματίδια τ και θ ήταν δύο τρόποι με τους οποίους ένα συγκεκριμένο άγνωστο σωματίδιο θα μπορούσε να διασπαστεί.

Το συγκρότημα των κτιρίων του Εθνικού Γραφείου Προτύπων 
στην Ουάσιγκτον DC (1930).

Από: streets of washington

Δεδομένου ότι αυτό το σωματίδιο θα μπορούσε να διασπαστεί σε συνδυασμούς σωματιδίων με ομοτιμία +1 και -1, αυτό θα μπορούσε να σημαίνει ότι το αρχικό σωματίδιο δεν είχε μόνο μία ομοτιμία ή, αν είχε, τότε ήταν φανερό ότι η ομοτιμία δεν διατηρήθηκε. Αν αυτή η εξήγηση αποδεικνυόταν αληθινή, θα ήταν πολύ περίεργη. Η συζήτηση στο συνέδριο δεν έλυσε το πρόβλημα, αλλά τροφοδότησε την περιέργεια του Γιαγκ.

Ο Γιαγκ ήταν φίλος με τον συμπατριώτη του Tsung-Dao Lee (Τσουγκ Ντα Λι), που ήταν 4 χρόνια νεότερός του και καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια. Ο Γιαγκ συναντούσε συχνά τον Λι για να συζητήσουν θεωρητικά προβλήματα στη σωματιδιακή φυσική. Η περίπτωση των σωματιδίων «τ - θ» τους είχε ιντριγκάρει σε μεγάλο βαθμό. Γνώριζαν ότι τα τ και θ διασπώνται μέσω της ασθενούς δύναμης αλληλεπίδρασης, μιας από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις στη φύση, (οι άλλες είναι η βαρύτητα, η ισχυρή αλληλεπίδραση και η ηλεκτρομαγνητική δύναμη). Σε αυτό το συμπέρασμα συνηγορούσε και ο σχετικά μεγάλος χρόνος ζωής των διασπώμενων σωματιδίων, ενδεικτικός της ασθενούς αλληλεπίδρασης.

Υποθέτοντας ότι ένα σωματίδιο θα μπορούσε να διασπαστεί με δύο τρόπους που παραβιάζουν την διατήρηση της ομοτιμίας, έβαλαν το ερώτημα: υπάρχει πιθανότητα η ομοτιμία να μη διατηρείται στην ασθενή αλληλεπίδραση; Το επόμενο ερώτημα που προέκυπτε είχε να κάνει με το αν υπήρχε κάποιος(-α) που να έχει επαληθεύσει πειραματικά την διατήρηση της ομοτιμίας στην ασθενή αλληλεπίδραση, γιατί στις ισχυρές ηλεκτρομαγνητικές και βαρυτικές αλληλεπιδράσεις δεν υπήρχε καμιά αμφιβολία για τη διατήρηση της ομοτιμίας. 

Για την parity μέσα από την εμφάνιση των ρολογιών.
Επάνω: Το δεξί ρολόι είναι κατοπτρικό είδωλο του αριστερού, 
αυτό αντιστοιχεί στην διατήρηση της parity.
Κάτω: Παρατηρούμε ότι στο είδωλο δεξιά, ο δείκτης του ρολογιού 
συνεχίζει να κινείται δεξιόστροφα, αυτό αντιστοιχεί σε σπάσιμο της parity.

Από: Wikimedia commons

Επιστρέφοντας (επιτέλους!) στο κύριο θέμα της ανάρτησης, θ’ αφήσω την ίδια την Σιεν Γου να διηγηθεί πώς έφτασε τελικά στο πετυχημένο πείραμά της (Η διήγηση προέρχεται από ομιλία που έκανε στις 31 Μαρτίου 1983 στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο, στο πλαίσιο του Nishina Memorial Lecture, μια εκδήλωση προς τιμήν του κορυφαίου Ιάπωνα θεωρητικού φυσικού Yoshio Nishina (Γιόσιο Νισίνα).

«..... Κατά τη διάρκεια των ετών από το 1945 έως το 1952 ήμουν τελείως απορροφημένη από την πειραματική μελέτη της διάσπασης βήτα (β). Ήταν πραγματικά μια συναρπαστική περίοδος για όλους όσους εργάστηκαν σε αυτό το πεδίο. Αν και μετά από το 1952 το ενδιαφέρον μου για την διάσπαση β σταδιακά μειώθηκε, για μένα, η β διάσπαση παρέμενε σαν ένας παλιός αγαπημένος φίλος. Πάντα θα υπήρχε ένα κομμάτι της καρδιάς μου αφιερωμένο ειδικά σ’ αυτό το θέμα. Αυτό το συναίσθημα αναζωπυρώθηκε όταν, μια μέρα στις αρχές της άνοιξης του 1956, ο συνάδελφός μου (σημ. στο Κολούμπια) Τσουγκ-Ντα Λι ήρθε στο γραφείο μου, στον δέκατο τρίτο όροφο του Pupin Physics Lab (Εργαστήριο Φυσικής Πιούπιν) και μου έκανε μια σειρά ερωτήσεων σχετικά με την πειραματική γνώση που είχαμε γύρω από την διάσπαση βήτα.....

Πριν φύγει ο Λι από το γραφείο μου, τον ρώτησα αν κάποιος είχε τίποτε ιδέες για να κάνει το πείραμα που χρειαζόταν. Μου απάντησε ότι μερικοί συνάδελφοι είχαν προτείνει να χρησιμοποιήσουμε πολωμένους πυρήνες που θα προέρχονταν από πυρηνικές αντιδράσεις ή να χρησιμοποιήσουμε μια πολωμένη δέσμη αργών νετρονίων που θα προέρχονταν από έναν αντιδραστήρα.

Στην φωτογραφία φαίνονται οι Χάντσον, Άμπλερ, 
Χοπς και Χέιγουορντ στο Εργαστήριο Χαμηλών
Θερμοκρασιών του Εθνικού Γραφείου Προτύπων να ελέγχουν 
τον κατακόρυφο σωλήνα που περιείχε το ραδιενεργό κοβάλτιο-60,
έναν μετρητή ακτίνων βήτα και μια συσκευή μέτρησης θερμοκρασίας.

Από: National Institute of Standards and Technology (NIST)

Κατά κάποιο τρόπο είχα μεγάλες επιφυλάξεις για την χρήση οποιασδήποτε από αυτές τις δύο προσεγγίσεις. Πρότεινα ως καλύτερο σχήμα την χρήση κοβαλτίου-60 (σημ. ραδιενεργό) ως πηγή ακτινοβολίας β, πολωμένης με τη μέθοδο της αδιαβατικής απομαγνήτισης, μια μέθοδο με την οποία θα μπορούσαμε να πετύχουμε πόλωση μέχρι 65%. Ο Δρ Λι ενδιαφέρθηκε πολύ για την πιθανότητα μιας τόσο έντονα πολωμένης ακτινοβολίας β με πηγή το κοβάλτιο-60 και μου ζήτησε να του δανείσω ένα βιβλίο σχετικό με την μέθοδο.»

Ανταποκρινόμενη η Γου στο αίτημα του Λι, του έδωσε ένα βιβλίο που περιείχε τα αποτελέσματα όλων των πειραμάτων διάσπασης βήτα τα τελευταία 40 χρόνια. Ο Λι και ο Γιαγκ μελέτησαν το βιβλίο και διαπίστωσαν ότι κανένα αποτέλεσμα μέχρι τότε δεν είχε επαληθεύσει την διατήρηση της ομοτιμίας στην ασθενή αλληλεπίδραση. Όταν ανέφεραν αυτή την παρατήρηση στην Γου, ήταν πλέον θέμα χρόνου γι’ αυτήν η απόφαση να στήσει το κατάλληλο πείραμα για να ελέγξει την διατήρηση ή όχι της ομοτιμίας στην ασθενή αλληλεπίδραση. Εξάλλου, η Γου ήταν ήδη γνωστή ως μια εξαιρετικά καλή πειραματικός φυσικός και μάλιστα εκείνη την εποχή μέσα στην κοινότητα των φυσικών κυκλοφορούσε η άποψη ότι αν η Γου εκτελέσει ένα πείραμα, αυτό πρέπει να είναι σωστό.

Τοποθέτηση του εξωτερικού δοχείου Dewar στο
γυάλινο σωλήνα που περιέχει δείγμα κοβαλτίου-60.

Από: National Institute of Standards and Technology (NIST)

Και η Μαντάμ Γου συνεχίζει: «...Μετά την επίσκεψη του Δρ Λι, άρχισα να σκέφτομαι την κατάσταση. Η πρόκληση που είχε εμφανιστεί σε μία φυσικό ακτίνων βήτα αποτελούσε μια χρυσή ευκαιρία για την εκτέλεση ενός κρίσιμου τεστ και δεν θα μπορούσα να την αφήσω να περάσει ανεκμετάλευτη. Ακόμη και αν αποδεικνυόταν ότι η ομοτιμία διατηρείται στη διάσπαση βήτα, το πειραματικό αποτέλεσμα θα έβαζε ένα εύλογο ανώτατο όριο για το πότε παραβιάζεται κι έτσι θα σταματούσε η οποιαδήποτε εικασία ότι η ομοτιμία παραβιάζεται στην β διάσπαση.

Ακόμη ως πειραματίστρια, με προκαλούσε το γεγονός ότι θα χρησιμοποιούσα δύο τεχνικές που δεν είχαν ποτέ δοκιμαστεί και ήταν πραγματικά δύσκολες. Η πρώτη μέθοδος ήταν να βάλουμε έναν ανιχνευτή ηλεκτρονίων μέσα σε μία κρυοστατική μηχανή, σε θερμοκρασία υγρού Ήλιου και να το κάνουμε να λειτουργήσει ως φασματόμετρο β ακτινοβολίας. Η άλλη μέθοδος ήταν να δημιουργήσουμε μια πηγή β ακτινοβολίας που θα βρίσκεται σ’ ένα πολύ λεπτό επιφανειακό στρώμα και να την πολώσουμε για τόσο χρονικό διάστημα όσο χρειάζεται για να πάρουμε αρκετά στατιστικά στοιχεία.

Η συσκευή τοποθετείται μεταξύ των πόλων ενός ισχυρού
μαγνήτη για να γίνει μαγνητική ψύξη σε περίπου 0,003 K.

Από: National Institute of Standards and Technology (NIST)

Εκείνη την άνοιξη, ο σύζυγός μου και εγώ είχαμε προγραμματίσει να κάνουμε μια περιοδεία στην Ευρώπη και την Άπω Ανατολή για να δώσουμε διαλέξεις (σημ. η περιοδεία αυτή θα έδινε την ευκαιρία στην Γου να επισκεφτεί την πατρίδα της την Κίνα για πρώτη φορά από το 1936 που είχε φύγει). Στην πραγματικότητα δεν υπήρχε ελεύθερος χρόνος. Ξαφνικά συνειδητοποίησα ότι έπρεπε να κάνω το πείραμα αμέσως, οπότε ζήτησα από τον Chia-Liu (σημ. Luke Chia-Liu Yuan, σύζυγος της Γου, επίσης φυσικός) να με αφήσει να μείνω και του είπα να πάει χωρίς εμένα. Ευτυχώς, αντιλήφθηκε πλήρως τη σημασία της περίστασης και τελικά συμφώνησε να πάει μόνος του.

Για να ακολουθήσω την μέθοδο της απομαγνήτισης, χρειαζόταν ένας πολύ περίπλοκος εξοπλισμός για την επίτευξη εξαιρετικά χαμηλών θερμοκρασιών. Υπήρχαν μονάχα δύο ή τρία εργαστήρια χαμηλών θερμοκρασιών στις Ηνωμένες Πολιτείες, τα οποία ήταν εξοπλισμένα κατάλληλα για να κάνουν πειράματα πυρηνικού προσανατολισμού.

Ο Δρ Ernest Ambler (Έρνεστ Άμπλερ), ένας επιστήμονας πρωτοπόρος στον τομέα του πυρηνικού προσανατολισμού, είχε μετακινηθεί από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης στο Εργαστήριο Χαμηλών Θερμοκρασιών (Low Temperature Lab) στο Εθνικό Γραφείο Προτύπων (The National Bureau of Standards-NBS) μερικά χρόνια νωρίτερα. Αποφάσισα να επικοινωνήσω μαζί του τηλεφωνικά για να ξεκαθαρίσω αν θα ενδιαφερόταν για μια συνεργασία. Αν και δεν είχαμε συναντηθεί ποτέ πριν, όταν του τηλεφώνησα στις 4 Ιουνίου 1956 και του έθεσα κατευθείαν την πρόταση, δέχτηκε αμέσως με ενθουσιασμό.

Στο σχέδιο φαίνεται εξιδανικευμένα η πόλωση πυρήνων κοβαλτίου-60 σε μαγνητικό πεδίο, σε θερμοκρασία κοντά στο απόλυτο μηδέν. Οι πυρήνες συμπεριφέρονται ως μικροί περιστρεφόμενοι μαγνήτες των οποίων οι βόρειοι πόλοι θεωρούνται συμβατικά ότι είναι προς την κατεύθυνση του δεξιόχειρου spin. Τα πειράματα στο NBS έδειξαν ότι η εκπομπή ηλεκτρονίων κατά την διάσπαση βήτα των πυρήνων κοβαλτίου-60 είναι μεγαλύτερη προς την κατεύθυνση του νότιου πόλου του πυρήνα (που δείχνει προς τον βόρειο πόλο του μαγνήτη), όπως φαίνεται στο σχέδιο.
Από: National Institute of Standards and Technology (NIST)

Μόλις τελείωσε το εαρινό εξάμηνο στα τέλη Μαΐου του 1956, άρχισα να εργάζομαι σοβαρά για την προετοιμασία του πειράματος. Από τις αρχές Ιουνίου μέχρι τα τέλη Ιουλίου, πέρασαν δύο ολόκληροι μήνες δοκιμάζοντας τους ανιχνευτές των σωματιδίων βήτα. Τα ερωτήματα που βομβάρδιζαν το μυαλό μου ήταν πολλά. Τι τύπος σπινθηριστή θα ήταν καλύτερα να χρησιμοποιηθεί για το σκοπό αυτό; Τι σχήμα θα έπρεπε να έχει η κεφαλή της συσκευής εκπομπής του φωτός; Πώς θα μπορούσαμε να βγάλουμε τον μακρύ σωλήνα της φωτεινής πηγής με μήκος 4 πόδια (σημ. 1.22 mκαι διάμετρο 1 ίντσα (σημ. 2.54 cm) από την συσκευή του κρυοστάτη; Θα μπορούσε κάποιος να αφήσει τον σπινθηριστή ή τον φωτοπολλαπλασιαστή μέσα στον κρυοστάτη του Ήλιου; Θα επηρέαζε το πολωμένο μαγνητικό πεδίο τις τιμές καταμέτρησης;

Η προσεκτική προετοιμασία άξιζε όλη την προσπάθεια. Ο σωλήνας φωτός από διαυγές ανθεκτικό υλικό με μήκος 4 πόδια και διάμετρο 1 ίντσα απέδωσε στη γραμμή μετατροπής του Καίσιου 137 (137Cs) (624keV) μια πολύ καλή ανάλυση ποσοστού 17%. Αυτή η εξαιρετική ανάλυση οφειλόταν κυρίως στην προσεκτική επιλογή μιας διαφανούς ράβδου, στη μηχανική κατεργασία της κεφαλής της ράβδου σε μορφή λογαριθμικής σπείρας για την μέγιστη συλλογή φωτός και πάνω απ' όλα σημαντικό ρόλο έπαιξε η προσωπική προσοχή της κυρίας Marion Biavati (Μάριον Μπιαβάτι) (σημ. μεταπτυχιακή φοιτήτρια) στο γυάλισμα της επιφάνειάς της.

Η κρυοστατική μηχανή και ο πειραματικός σωλήνας στο Εργαστήριο Φυσικής 
του Εθνικού Γραφείου Προτύπων στην Ουάσιγκτον DC. (Φωτό: Life)

  1. Δοχείο Dewar που περιέχει υγρό άζωτο και υγρό ήλιο. Διατηρεί τους πυρήνες του κοβαλτίου σε πολύ χαμηλή θερμοκρασία κοντά στο απόλυτο μηδέν (-273 Κ).
  2. Ισχυρός ηλεκτρομαγνήτης που μειώνει ακόμη περισσότερο την θερμοκρασία με «αδιαβατική απομαγνήτιση» (“adiabatic demagnetization”). Αυτός ο μαγνήτης απενεργοποιείτο μετά την επίτευξη της κατάλληλης χαμηλής θερμοκρασίας.
  3. Σωληνοειδές που δημιουργεί κατακόρυφο μαγνητικό πεδίο για τον προσανατολισμό των πυρήνων κοβαλτίου.
  4. Φωτοηλεκτρικός ανιχνευτής που μετατρέπει σε ηλεκτρονικούς παλμούς τις λάμψεις φωτός που παράγονται από τις ακτίνες βήτα που εκπέμπονται από τους πυρήνες κοβαλτίου στον κρυοστάτη στο κάτω μέρος της φιάλης Dewar. Οι λάμψεις και κατ’ ακολουθία ο αριθμός των ακτίνων β που εκπέμπονται προς τα πάνω, μπορούν έτσι να μετρηθούν ηλεκτρονικά. 
  5. Ανιχνευτές ακτίνων γ, ο ένας βλέπει από το πλάι, ο άλλος από επάνω κι εργάζονται όπως ο προηγούμενος ανιχνευτής ακτίνων β. 
  6. Μεταλλικός σωλήνας με διπλό τοίχωμα για το γέμισμα της εσωτερικής φιάλης Dewar με υγρό ήλιο.
  7. Χάλκινος σωλήνας και σωλήνας σπιράλ συνδέουν την εσωτερική φιάλη Dewar με ισχυρή αντλία κενού που είναι στο κάτω μέρος. Η θερμοκρασία του υγρού ήλιου μειώνεται στον 1 Κ με ταχεία άντληση των ατμών του ήλιου πάνω από το αναβράζον υγρό.
  8.  Ξύλινο κιβώτιο γεμισμένο με άμμο για την απορρόφηση των κραδασμών της αντλίας κενού που είναι από κάτω. 
  9. «Αέριο ανταλλαγής». Ο ρυθμός ροής της θερμότητας μεταξύ του άλατος ψύξης (με τους πυρήνες κοβαλτίου τοποθετημένους πάνω σε αυτό) και του περιβλήματος υγρού ήλιου εξαρτάται από το βαθμό του κενού που υπάρχει στο διάστημα μεταξύ τους. Η ροή της θερμότητας διευκολύνεται δεχόμενη μικρές ποσότητες ήλιου ως «αέριο ανταλλαγής». Αντίθετα, αντλώντας ακόμη και αυτό το λιγοστό αέριο, η ροή της θερμότητας επιβραδύνεται.
  10. Αντλία κενού και «παγίδα ψύξης» για την απομάκρυνση του αερίου ανταλλαγής.
  11. Βάση για την στήριξη του σωληνοειδούς 3.
  12. Βραχίονας από βελανιδιά με προσαρτημένη συσκευή που περιστρέφεται γύρω από τον κατακόρυφο χαλύβδινο πόλο, έτσι ώστε τα δοχεία Dewar να αποφύγουν την μαγνήτιση. 

Στα μέσα Σεπτεμβρίου, πήγα τελικά στην Ουάσιγκτον DC για την πρώτη μου συνάντηση με τον Δρ Άμπλερ. Ήταν ακριβώς όπως τον είχα φανταστεί μέσα από τις πολυάριθμες τηλεφωνικές συνομιλίες μας· γλυκομίλητος, ικανός και αποτελεσματικός. Ο Δρ Άμπλερ με πήγε στο εργαστήριό του και με σύστησε στον Δρ Ralph Hudson (Ραλφ Χάντσον), που ήταν ο άμεσος προϊστάμενός του εκείνη την εποχή και συνεργάζονταν στενά οι δυο τους. Η μεταγενέστερη απόφαση του Χάντσον να συμμετάσχει στο συναρπαστικό μας πείραμα έγινε δεκτή με ικανοποίηση.

Στην καταμέτρηση των σωματιδίων βήτα και στις μετρήσεις ανισοτροπίας των ακτίνων γ, απαιτούνταν πολλά ηλεκτρονικά μέσα. Ο Δρ Raymond Hayward (Ρέιμοντ Χέιγουορντ) του Εθνικού Γραφείου Προτύπων μας είχε προσφέρει τη χρήση ενός αναλυτή ύψους παλμών 10 καναλιών και άλλο εξοπλισμό. Η τελική συμμετοχή του Δρ Χέιγουορντ και του πειραματικού βοηθού του Dale Hoppes (Ντέιλ Χοπς), ενίσχυσε σημαντικά την ομάδα μας, ιδιαίτερα κατά τη διάρκεια των εξαντλητικών ημερών και νυχτών που δεν είχαμε σχεδόν καθόλου κλείσει μάτι. Ευχόμασταν να μπορούσαμε να έχουμε περισσότερους συνεργάτες με τέτοιες ικανότητες.

Αριστερά το σχέδιο και δεξιά η φωτογραφία της συσκευής που χρησιμοποιήθηκε στο πείραμα. Ένας κρύσταλλος ανθρακένιου περίπου 2 cm πάνω από την πηγή-δείγμα του κοβαλτίου-60 χρησίμευσε ως μετρητής των σπινθηρισμών για την ανίχνευση των
ακτίνων β. Το πηνίο επαγωγής είναι μέρος ενός μαγνητικού θερμομέτρου για τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας του δείγματος.

Από: National Institute of Standards and Technology (NIST)

Μέχρι τη στιγμή του τρίτου ταξιδιού μου στην Ουάσιγκτον, είχα δημιουργήσει δύο δείγματα κοβαλτίου-60. Το ένα έγινε με την τοποθέτηση ενός κρυσταλλικού στρώματος κοβαλτίου-60 πάνω σ’ έναν απλό μονό κρύσταλλο «Δημητρίου-Μαγνησίου-Αζώτου» (σημ. Ce-Mg-N, CMΝ). Το πάχος του ραδιενεργού στρώματος που χρησιμοποιήθηκε ήταν περίπου 0,002 ίντσες (σημ. 0.051 mm) και περιείχε μερικά micro Curie (σημ. μCi) ραδιενέργειας. Το άλλο είχε το κοβάλτιο-60 ομοιόμορφα κατανεμημένο σε όλο τον κρύσταλλο CMN για τη μελέτη της ανισοτροπίας των ακτίνων γ του κοβαλτίου-60.

Η πόλωση της ισχυρής πηγής ακτίνων γ από το κοβάλτιο-60 επιτεύχθηκε χωρίς δυσκολία. Αλλά δεν είχαμε την ίδια τύχη με την πηγή της λεπτής επιφάνειας του κοβαλτίου-60. Η πόλωσή της κράτησε μόνο λίγα δευτερόλεπτα και στη συνέχεια εξαφανίστηκε εντελώς. Δυστυχώς συνέβη αυτό που όλοι φοβόμασταν από την αρχή, δηλαδή η πόλωση του λεπτού επιφανειακού στρώματος δεν κράτησε ένα αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα για να μπορέσουμε να κάνουμε πραγματική παρατήρηση. Ο λόγος της γρήγορης εξαφάνισης της πόλωσης στην επιφάνεια πιθανώς να οφειλόταν στην ξαφνική αύξηση της θερμοκρασίας που προκλήθηκε από την θερμότητα που έφτασε στην επιφάνεια του δείγματος μέσω αγωγιμότητας ακτινοβολίας ή στην συμπύκνωση του αερίου Ήλιο. Η μόνη βελτίωση που μπορούσαμε να ακολουθήσουμε ήταν να θωρακίσουμε τον λεπτό κρύσταλλο CMN με περίβλημα ψυχόμενου CMN. Το πρόβλημα βέβαια ήταν να μπορέσουμε να βρούμε πολύ γρήγορα, πολλούς μεγάλους μονούς κρυστάλλους CMN.

Έρνεστ Άμπλερ και Σιεν Γου (Ιανουάριος 1957)
Από: Εθνικό Γραφείο Προτύπων (NBS),  THE PHYSICS TEACHER

Αποφάσισα να επιστρέψω στο Εργαστήριο Pupin στο Κολούμπια και να προσπαθήσω να βρω τρόπους για να δημιουργήσω μερικούς κρυστάλλους CMN.

Συμβουλεύτηκα μερικούς έμπειρους, ειδικούς στην κρυσταλλογραφία και δυστυχώς, αυτοί επιβεβαίωσαν τον φόβο μου ότι θα χρειάζονταν επαγγελματίες για την δημιουργία κρυστάλλων CMN μεγάλου μεγέθους (σημ. διαμέτρου 1 ίντσας). Για να επιτευχθεί κάτι τέτοιο χρειαζόταν ακριβός εξοπλισμός και άφθονη υπομονή κι εμείς δεν είχαμε ούτε τα κεφάλαια ούτε το χρόνο.

Βασιζόμενοι καθαρά στην εφευρετικότητα, την αποφασιστικότητα και την τύχη, τρεις από εμάς, ένας ενθουσιώδης χημικός, ο Herman Fleishman (Χέρμαν Φλάισμαν), μία αφοσιωμένη φοιτήτρια, η Marion Biavati (Μάριον Μπιαβάτι) κι εγώ, δουλεύοντας μαζί αδιάκοπα για τρεις εβδομάδες, καταφέραμε να δημιουργήσουμε περίπου δέκα μεγάλους, τέλειους, ημιδιαφανείς απλούς κρυστάλλους CMN. Την ημέρα που μετέφερα αυτούς τους πολύτιμους κρυστάλλους μαζί μου πίσω στην Ουάσιγκτον, ήμουν ο πιο ευτυχισμένος και περήφανος άνθρωπος στον κόσμο.

Από αριστερά: Χέιγουορντ, Χάντσον και Χοπς (Ιανουάριος 1957)
Από: περιοδικό Life,  THE PHYSICS TEACHER

Για να κατασκευαστεί ένα περίβλημα γύρω από τους κρυστάλλους CMN, έπρεπε να ανοιχτεί μια μεγάλη τρύπα σε κάθε έναν από αυτούς τους λεπτούς, εύθραυστους κρυστάλλους, χωρίς να προκληθεί κάποια ρωγμή. Έτσι, χαρήκαμε ιδιαίτερα, όταν ένας κρυσταλλογράφος μας πρότεινε να δανειστούμε ένα τρυπάνι οδοντιάτρου για να το καταφέρουμε.

Ο κρύσταλλος CMN είναι γνωστό ότι έχει εξαιρετικά ανισότροπες τιμές g (g > g⁄⁄) (σημ. το g είναι ο γυρομαγνητικός λόγος που διέπει την αλληλεπίδραση - σύζευξη μιας μαγνητικής διπολικής ροπής με το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο).  Φτιάχνοντας το περίβλημα, χρειαζόταν να ευθυγραμμιστεί ο κρυσταλλικός άξονας κάθετα στο πεδίο απομαγνήτισης και να κολληθούν τα κομμάτια του CMN μαζί.

O Δρ. Άμπλερ χρησιμοποίησε τσιμέντο DuPont (σημ. για συγκόληση), καθώς είχε χρησιμοποιηθεί συχνά στο παρελθόν σε θερμοκρασία δωματίου. Αυτή τη φορά, είδαμε πράγματι μια αδιαμφισβήτητα ασύμμετρη επίδραση στους ρυθμούς μέτρησης όταν ενεργοποιήθηκε το πεδίο πόλωσης. Όμως, το αποτέλεσμα όχι μόνο δεν ήταν τελείως σαφές, αλλά ήταν και μη αναστρέψιμο! Οι τιμές που καταγράψαμε ποτέ δεν επέστρεψαν στις αρχικές τους τιμές, ακόμη και όταν η πηγή είχε ζεσταθεί. Ο θωρακισμένος κρύσταλλος CMN είχε καταρρεύσει.

Στη συνέχεια, αφού ο κρυοστάτης θερμάνθηκε και άνοιξε, είδαμε ακριβώς αυτό που είχε συμβεί στο εσωτερικό του. Όπως ήδη αναφέρθηκε, ο κρύσταλλος CMN έχει μια εξαιρετικά ανισότροπη τιμή g. Ο άξονας του κρυστάλλου δεν ήταν ακριβώς παράλληλα με το μαγνητικό πεδίο, είχε δημιουργηθεί μια ισχυρή ροπή, η εξαιρετικά χαμηλή θερμοκρασία έκανε το τσιμέντο DuPont να χάσει εντελώς την συγκολλητική του ιδιότητα και το περίβλημα του CMN με την επίδραση της ροπής είχε πέσει κάτω!

Το 2ο σχέδιο που συνόδευε την εργασία των Γου, Άμπλερ κλπ
και δημοσιεύτηκε στο Physical Review. Παρουσιάζει γραφικά
τις μεταβολές στην ανισοτροπία των ακτίνων γ και την ασυμμετρία
των ακτίνων β όταν είναι πολωμένες.
Από: Physical Review

Τη δεύτερη φορά που συναρμολογήθηκε το περίβλημα, χρησιμοποιήθηκαν λεπτά νάιλον νήματα για να δέσουν τα κομμάτια μαζί και, για πρώτη φορά, είδαμε τελικά ένα πραγματικό αποτέλεσμα ασυμμετρίας η οποία συνέπεσε ακριβώς με το φαινόμενο της ανισοτροπίας των ακτίνων γ.

Αυτό συνέβη στα μέσα Δεκεμβρίου του 1956, δηλαδή ένα εξάμηνο μετά την έναρξη του σχεδιασμού μας. Θυμάμαι ότι εκείνη την περίοδο η διάθεσή μας ήταν πεσμένη και επιφυλακτική ως προς το αποτέλεσμα. Η ανακάλυψη θα ήταν σημαντική αν η παρατήρησή μας ήταν σωστή, αλλά είχαμε προετοιμάσει τους εαυτούς μας για το ότι χρειάζεται να κάνουμε αυστηρότερους πειραματικούς ελέγχους, πριν από την οποιαδήποτε ανακοίνωση των  αποτελεσμάτων προς τα έξω.

Ανάμεσα στα πειραματικά τρεχάματα στην Ουάσιγκτον, έπρεπε, όταν επέστρεφα στο  Κολούμπια, να εκπληρώνω τις διδακτικές και τις άλλες ερευνητικές μου δραστηριότητες. Μια Πέμπτη πρωί, καθώς βιαζόμουν να πάω στην αίθουσα διδασκαλίας (αίθουσα 831) στο Pupin, πέρασα από το γραφείο του Δρ Λι. Η πόρτα ήταν ανοιχτή και τόσο ο Λι όσο και ο Γιαγκ ήταν εκεί. Καθώς έσκυψα το κεφάλι μου για να πω "γεια", με ρώτησαν σχετικά με το πείραμα του κοβαλτίου-60. Ανέφερα ότι φαινόταν να υπάρχει ένα τεράστιο φαινόμενο ασυμμετρίας. Ακούγοντας αυτό ενθουσιάστηκαν κι ευχαριστήθηκαν. Καθώς περνούσα πάλι από το γραφείο τους μετά το μάθημα, ήθελαν να μάθουν περισσότερα. Τους είπα ότι το αποτέλεσμα ήταν σπουδαίο και το πείραμα μπορούσε να αναπαραχθεί, αλλά ό,τι είχε γίνει ήταν προκαταρκτικό, γιατί κάποιοι συστηματικοί έλεγχοι δεν είχαν ακόμη ολοκληρωθεί.......

Η Σιεν Γου στο εργαστήριό της στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια το 1978.
Από: scientificamerican

...Μια εβδομάδα αργότερα, αφού πραγματοποιήθηκαν κάποιες τροποποιήσεις στο γυαλί dewar, αρχίσαμε να παρακολουθούμε μέσω συνεχών πειραματικών ελέγχων τα φαινόμενα ασυμμετρίας που εμφανίζονταν. Πρώτον, έπρεπε να αποδείξουμε ότι αυτό το φαινόμενο ασυμμετρίας δεν οφειλόταν στο ισχυρό μαγνητικό πεδίο των κρυστάλλων CMN που παράγεται σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Έπρεπε επίσης να δείξουμε ότι αυτό το αποτέλεσμα δεν οφειλόταν στην ελλιπή μαγνήτιση του δείγματος που προκαλείται από το ισχυρό πεδίο απομαγνήτισης. Ο πιο ξεκάθαρος έλεγχος θα γινόταν αν κάποια στιγμή κάναμε εισαγωγή μιας ακτινοβολίας β σε κρύσταλλο CMN, αλλά στον οποίο ο ραδιενεργός πυρήνας θα ήταν γνωστό ότι δεν είναι πολωμένος. Για να πραγματοποιηθούν όλα αυτά τα πειράματα θα έπαιρνε αρκετές εβδομάδες.

Την παραμονή των Χριστουγέννων επέστρεψα στη Νέα Υόρκη με το τελευταίο τρένο καθώς το αεροδρόμιο ήταν κλειστό λόγω έντονης χιονόπτωσης. Είπα στον Δρ Λι ότι η παρατηρούμενη ασυμμετρία ήταν μεγάλη και το πείραμα μπορούσε να επαναληφθεί, αλλά δεν είχαμε ολοκληρώσει ακόμα όλους τους πειραματικούς ελέγχους.....

....Στις 2 Ιανουαρίου, επέστρεψα στο Γραφείο Προτύπων για να συνεχίσω τους πειραματικούς ελέγχους. Κατά την περίοδο μεταξύ 2 και 8 Ιανουαρίου 1957 ίσως υπήρχε η πιο τεταμένη ατμόσφαιρα σε όλο το πειραματικό μας εγχείρημα. Ο κρυοστάτης μας στο Γραφείο Προτύπων είχε φτιαχτεί από γυαλί και οι γυάλινοι αρμοί είχαν τοποθετηθεί μαζί με γράσο σε χαμηλή θερμοκρασία το οποίο είχε φτιαχτεί με την ανάμιξη γλυκερίνης και σαπουνιού Palmolive (αργότερα το Palmolive αντικαταστάθηκε με σαπούνι Ivory). Το πρόβλημα που μας ταλαιπωρούσε συνέχεια ήταν η διαρροή που υπήρχε στο ρευστό όταν βρισκόταν σε θερμοκρασία κάτω από 2,3 K. Κάθε φορά που συνέβαινε αυτό, χρειάζονταν τουλάχιστον 6 με 8 ώρες για να ξαναζεστάνουμε, να λιπάνουμε και στη συνέχεια να ξαναψύξουμε τον κρυοστάτη. Για να κερδίσουμε χρόνο, ο Χόπερ κοιμόταν στο πάτωμα σ’ έναν υπνόσακο κοντά στον κρυοστάτη. Κάθε φορά που ο κρυοστάτης έφτανε στη θερμοκρασία του υγρού Ήλιου (σημ. πολύ χαμηλή θερμοκρασία), τηλεφωνούσε σε κάποιον από μας για να πάμε στο εργαστήριο, άσχετα αν ήταν μέρα ή νύχτα, όποια ώρα κι αν ήταν.

Σχέδιο του τρόπου εκπομπής των ακτίνων β στο πείραμα της Γου.
Από: wikipedia 

Κατά την διάρκεια της εβδομάδας της 7ης Ιανουαρίου, άρχισαν να κυκλοφορούν φήμες ότι  στα Εργαστήρια Nevis (σημ. στο Κολούμπια) γίνονται πειράματα για την ομοτιμία. Θορυβημένοι αλλά και ενθουσιασμένοι συγχρόνως ο διευθυντής και οι ανώτεροι διοικητικοί αξιωματούχοι του Εθνικού Γραφείου Προτύπων μας κάλεσαν θέλοντας να μάθουν περισσότερα για το πείραμά μας, αφού φημολογείτο ότι είναι ένα πείραμα εξίσου σημαντικό με αυτό των Michelson-Morley. Εμείς ήμασταν ακόμη πολύ προσεκτικοί και δεν είπαμε κάτι συγκεκριμένο. Ακόμη και μετά την διάσπαση του μιονίου (σημ. από τον Λέντερμαν) όπου είχε φανεί η παραβίαση του νόμου της ομοτιμίας, ακόμα και τότε δεν χαλαρώσαμε. Έπρεπε πρώτα να πειστούμε εμείς οι ίδιοι απόλυτα!

Αφού ολοκληρώσαμε όλους τους πειραματικούς ελέγχους που είχαμε θέσει ως στόχο, τελικά συγκεντρωθήκαμε γύρω στις 2 τα ξημερώματα της 9ης Ιανουαρίου για να γιορτάσουμε το μεγάλο γεγονός. Ο Δρ Χάντσον χαμογελώντας άνοιξε το συρτάρι του και έβγαλε ένα μπουκάλι κρασί που ήταν ένα Chateau Lafite-Rothschild, παλαίωσης 1949. Το έβαλε πάνω στο τραπέζι με μερικά μικρά χάρτινα κύπελλα και ήπιαμε στην υγεία της ανατροπής του νόμου της ομοτιμίας.

Ετικέτα από μπουκάλι κρασιού Chateau Lafite-Rothschild 1949.
Από: FINESTWINE.COM

Θυμάμαι έντονα το επόμενο πρωί, αρκετοί ερευνητές από άλλα τμήματα του εργαστηρίου χαμηλών θερμοκρασιών, σταματούσαν μπροστά στο εργαστήριό μας και εκπλήσσονταν από την σιωπηλή και χαλαρή ατμόσφαιρα που υπήρχε. Γυρίζοντας και ρίχνοντας μια ματιά στο δικό μας καλάθι αχρήστων θα έλεγαν στον εαυτό τους "Εντάξει, ο νόμος της ομοτιμίας στην ακτινοβολία βήτα είναι πεθαμένος".

Επέστρεψα βιαστικά στα εργαστήρια Pupin τη νύχτα της 10ης Ιανουαρίου και μετά το πρωί της 11ης, ημέρα Σάββατο, έγινε μια συνάντηση στην αίθουσα 831. Ο Λι, ο Γιαγκ, η ομάδα του Nevis κι εγώ ήμασταν όλοι εκεί. Η συζήτηση με επικεφαλής τους δύο θεωρητικούς ήταν συναρπαστική. Πριν από αυτή τη συνάντηση, η εργασία με τα αποτελέσματά μας είχε ήδη γραφτεί για να υποβληθεί στο Physical Review. Το σοκ για τον κόσμο της Φυσικής θα ήταν μεγάλο!

Το Εργαστήριο Nevis στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια.

Το απόγευμα της 15ης Ιανουαρίου, το Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Κολούμπια συγκάλεσε συνέντευξη Τύπου για να ανακοινώσει δημόσια την δραματική ανατροπή ενός βασικού νόμου της Φυσικής, γνωστού ως "Διατήρηση της Ομοτιμίας". Την επόμενη μέρα, η εφημερίδα New York Times είχε ως πρωτοσέλιδο τίτλο: "Basic Concept in Physics Reported Upset in Tests" («Ανακοινώθηκε ότι μια βασική έννοια στη Φυσική καταρρίφτηκε κατά την διάρκεια δοκιμών"). Η είδηση διαδόθηκε γρήγορα και εξαπλώθηκε σε όλο τον κόσμο. Ο καθηγητής Otto Frisch (Ότο Φρις) του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ σε μια ομιλία του εκείνη την εποχή είχε πει: “Η μυστηριώδης φράση «η ομοτιμία δεν διατηρείται» έκανε τον γύρο του πλανήτη σαν ένα νέο ευαγγέλιο”. 

(σημ. Την ίδια ημέρα στάλθηκε στο περιοδικό Physical Review η μόλις 2 σελίδων εργασία των Γου, Χάντσον,  Άμπλερ, Χοπς και Χέιγουορντ που δημοσιεύτηκε στις 15 Φεβρουαρίου 1957).

Πρωτοσέλιδο άρθρο της εφημερίδας New York Herald Tribune
με τίτλο «Είναι λάθος "Αρχή" της Φυσικής, η κατοπτρική 
ανάκλαση δεν είναι αληθής». (16 Ιανουαρίου 1957)

Από: THE PHYSICS TEACHER

Όπως συνήθως συμβαίνει μετά από μια σημαντική ανακάλυψη, μας ζητήθηκε να συμμετέχουμε σε συμπόσια, συνέδρια και διαλέξεις για να παρουσιάσουμε τα πειράματά μας. Η Αμερικανική Ένωση Φυσικής (American Physical Society-ΑPS) πραγματοποίησε την ετήσια συνάντησή της στη Νέα Υόρκη γύρω στα τέλη Ιανουαρίου (σημ. 30 Ιανουαρίου - 2 Φεβρουαρίου 1957, στο ξενοδοχείο New Yorker και στο Manhattan Center). Μια συνεδρία της συνάντησης αφιερώθηκε στην εργασία για το θέμα της μη διατήρησης της ομοτιμίας. Αργότερα ο Δρ Karl Darrow (Καρλ Ντάροου, σημ. τότε Γραμματέας της APS) κατέγραψε το γεγονός με την ζωηρή και πνευματώδη πένα του στο Δελτίο Νο 1 (σημ. σειρά ΙΙ, τόμος 2, 30 Ιανουαρίου 1957) της Αμερικανικής Ένωσης Φυσικής (1956–57):

 "Το απόγευμα του Σαββάτου, η μεγαλύτερη αίθουσα που συνήθως είχαμε στη διάθεσή μας, ήταν κατειλημμένη από ένα τόσο τεράστιο πλήθος, που μερικά από τα μέλη μας μόνο που δεν κρέμονταν από τους πολυελαίους".

Η ξαφνική απελευθέρωση της σκέψης μας σχετικά με τους βασικούς νόμους του φυσικού κόσμου ήταν συντριπτική. Οι δραστηριότητες προς αυτή την κατεύθυνση προχώρησαν με πρωτοφανή ρυθμό.

Η σελίδα 90 με σημειώσεις από το ημερολόγιο του Έρνεστ Άμπλερ της 27ης
Δεκεμβρίου 1956 για το πείραμα ελέγχου της διατήρησης της ομοτιμίας.
Στο πάνω μέρος μόλις φαίνεται η σημείωση με κεφαλαία από τον Χέιγουορντ:
"PARITY NOT CONSERVED!" ("Η PARITY ΔΕΝ ΔΙΑΤΗΡΕΙΤΑΙ"). 
Από: National Institute of Standards and Technology

Πρώτον, η μη διατήρηση της ομοτιμίας παρατηρήθηκε επίσης στις π±  →  μ±  →  π± διασπάσεις και άλλες ασθενείς αλληλεπιδράσεις, συνεπώς δεν περιοριζόταν μόνο στις βήτα πυρηνικές διασπάσεις. Έτσι, η μη διατήρηση της ομοτιμίας ήταν πλέον ένα θεμελιώδες χαρακτηριστικό των ασθενών αλληλεπιδράσεων και η ασθενής αλληλεπίδραση έχει έκτοτε εκδηλωθεί ως μία από τις τέσσερεις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις στη Φύση.»

Ας δούμε κάποιες ακόμη χρήσιμες λεπτομέρειες σχετικά με το πείραμα της Σιεν Γου.

Η ανακάλυψη της παραβίασης της ομοτιμίας στις ασθενείς αλληλεπιδράσεις έφερε την ανακάλυψη και άλλων φαινομένων σπασίματος συμμετρίας και τελικά οδήγησε στη διατύπωση του "Καθιερωμένου Πρότυπου" για τα στοιχειώδη σωματίδια.

Για να ελέγξει την υπόθεση που είχαν θέσει οι Λι και Γιαγκ, η Γου χρειαζόταν τρία πράγματα.

Το πρώτο ήταν ένας πυρήνας που να διασπάται με ασθενή δύναμη (διάσπαση βήτα).

Το δεύτερο ήταν ότι ο πυρήνας θα έπρεπε να έχει μια εσωτερική κβαντομηχανική περιστροφή, δηλαδή να εμφανίζει  σαφές, μη μηδενικό πυρηνικό spin.

Το τρίτο και πιο δύσκολο ήταν ότι όλοι οι πυρήνες θα έπρεπε να δείχνουν προς την ίδια κατεύθυνση. Γιατί όμως χρειάζεται να συμβαίνει αυτό;

Η Μαντάμ Γου στο εργαστήριό της.
Από: Southeastern University (Distinguished Alumni)

Αυτό συμβαίνει επειδή εξετάζουμε την παραβίαση της ομοτιμίας καθορίζοντας μια προεξάρχουσα κατεύθυνση και μελετώντας τα σωματίδια διάσπασης που προέρχονται από τον πυρήνα. Ελέγχουμε αν τα προϊόντα της διάσπασης βγαίνουν ευθυγραμμισμένα με το σπιν των πυρήνων ή προς την αντίθετη κατεύθυνση ή υπό γωνία 900. Εάν δεν παραβιάζεται η συμμετρία της ομοτιμίας, δεν θα μπορούμε να καταλάβουμε εάν αντιστρέφονται όλες οι κατευθύνσεις προς το αντίθετό τους.

Η Γου αποφάσισε να χρησιμοποιήσει πυρήνες κοβαλτίου-60. Από την διάσπαση βήτα που δημιουργήθηκε προέκυψαν πυρήνας νικέλιου-60, ποζιτρόνιο (e+, αντισωμάτιο του  ηλεκτρονίου) και νετρίνο ηλεκτρονίου (νe), όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Το κοβάλτιο-60 έχει πυρηνικό σπιν 5 και το νικέλιο-60 έχει πυρηνικό σπιν 4.

Από:    https://www.secretsofuniverse.in/parity-violation-weak-experiment/

Τι είναι όμως το κβαντικό spin (σπιν);

Το πείραμα των Stern - Gerlach που έγινε το 1925 ήταν αυτό που έδειξε την ανάγκη να εισαχθεί για το ηλεκτρόνιο μια εσωτερική κβαντομηχανική στροφορμή που ονομάστηκε spin.

Το κβαντικό spin είναι μια καθαρά κβαντική ιδιότητα που δεν την συναντάμε στην κλασική φυσική. Όπως το φορτίο και η μάζα είναι θεμελιώδεις ιδιότητες της ύλης, έτσι και το κβαντικό spin  είναι μια θεμελιώδης ιδιότητα της ύλης που χαρακτηρίζει τα στοιχειώδη σωματίδια, τα σύνθετα σωματίδια και τους ατομικούς πυρήνες.

Να διευκρινίσουμε ότι άλλη είναι η έννοια του κβαντικού spin και άλλη η έννοια της απλής ιδιοπεριστροφής ενός σώματος. Το spin είναι σταθερό για ένα συγκεκριμένο σωματίδιο καθ’ όλη τη διάρκεια της ζωής του. Αποτελεί χαρακτηριστικό εσωτερικό κβαντικό αριθμό για κάθε σωματίδιο.  Το spin παριστάνεται ως διάνυσμα. 

Το spin του ηλεκτρονίου είναι θετικό (+1/2, προς τα πάνω)
ή αρνητικό (-1/2
, προς τα κάτω).

Επειδή είναι αφηρημένη ποσότητα, θα μπορούσαμε απλουστευμένα να χρησιμοποιήσουμε σαν μηχανικό ανάλογο μια σφαίρα που περιστρέφεται. Αν η σφαίρα περιστρέφεται δεξιόστροφα τότε το spin είναι θετικό (+) και έχει φορά προς τα πάνω (↑), ενώ αν περιστρέφεται αριστερόστροφα, τότε το spin είναι αρνητικό (–) και έχει φορά προς τα κάτω (↓). Τα μποζόνια (γ , w± κλπ είναι σωματίδια που είναι οι φορείς δυνάμεων της φύσης) έχουν ακέραιο αριθμό spin (0,1,2, ...), ενώ τα φερμιόνια (σωματίδια που είναι δομικοί λίθοι της ύλης e, p, n, ν, κουάρκς) έχουν ημιακέραιο αριθμό spin (1/2, 3/2,…). 

Επανερχόμενος στο πείραμα της Γου να δούμε τι συνέβη με βάση το παρακάτω σχέδιο.

Από:    https://www.secretsofuniverse.in/parity-violation-weak-experiment/

Το κίτρινο βέλος δείχνει την κατεύθυνση του spin και το κόκκινο βέλος δείχνει την κατεύθυνση της κίνησης, δηλαδή της ορμής. Στο αριστερό σχέδιο βλέπουμε το νετρίνο να κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση του spin του. Αυτό είναι ένα "αριστερόστροφο" νετρίνο. Στο δεξιό σχέδιο, η κατεύθυνση της κίνησης του νετρίνο συμπίπτει με την κατεύθυνση του σπιν του, δηλαδή είναι ένα "δεξιόστροφο" νετρίνο. Στην ουσία η σύλληψη της ιδέας γι’ αυτό το πείραμα αφορούσε την μέτρηση του αριθμού των "αριστερόστροφων" και "δεξιόστροφων" νετρίνων. Εάν η συχνότητά τους ήταν σχεδόν η ίδια, τότε η φύση δεν έκανε διάκριση μεταξύ των "αριστερόστροφων" και "δεξιόστροφων" νετρίνων του συστήματος κατά την ασθενή αλληλεπίδραση.

Ποιο ήταν τελικά το αποτέλεσμα; Το αποτέλεσμα που παρατήρησε η Γου ήταν τα "αριστερόστροφα" νετρίνα να είναι περισσότερα από τα "δεξιόστροφα" νετρίνα. Πράγματι, σύμφωνα με το πρότυπο GSW (Glashow, Salam, Weinberg) στη φύση δεν μπορούν να υπάρξουν δεξιόστροφα νετρίνα και αριστερόστροφα αντινετρίνα. Aυτό συμπαρασύρει και τα ηλεκτρόνια: μόνο αριστερόστροφα ηλεκτρόνια έχουν δικαίωμα συμμετοχής στις ασθενείς αλληλεπιδράσεις. Αυτή ήταν η πρώτη αδιάσειστη απόδειξη ότι η ομοτιμία παραβιάζεται στην ασθενή αλληλεπίδραση. Έτσι, επιβεβαιώθηκε ότι οι φυσικές αλληλεπιδράσεις δεν μπορούν πάντα να είναι συμμετρικές όσον αφορά το κατοπτρικό τους είδωλο.

Γραμματόσημο των ΗΠΑ προς τιμή
της Σιεν Γου, έκδοση 2021.

Στην αρχή δεν πίστεψαν όλοι τα αρχικά αποτελέσματα του πειράματος της Γου. Σε μια επιστολή προς τον Victor Weisskopf (Βίκτορ Γουάισκαφ), ο Wolfgang Pauli (Βόλφγκαγκ Πάουλι) έγραψε: «Δεν μπορώ να πιστέψω ότι ο Κύριος είναι ένας αδύναμος αριστερόχειρας». Γρήγορα όμως, τα αρχικά πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαιώθηκαν από άλλες πειραματικές ομάδες σε όλο τον κόσμο.

Νομίζω, ότι αξίζει να αναφέρω πως την ίδια ημέρα (15 Φεβρουαρίου 1957) που δημοσιεύτηκε η εργασία των Γου, Άμπλερ κλπ στο Physical Review, δημοσιεύτηκε στο ίδιο περιοδικό και συνέχεια της προηγούμενης, μια ακόμη εργασία των Richard Garwin (Ρίτσαρντ Γκάργουιν), Leon Lederman (Λίο Λέντερμαν) και Marcel Weinrich (Μαρσέλ Γουάινριτς) με τίτλο "Observations of the Failure of Conservation of Parity and Charge Conjugation in Meson Decays: the Magnetic Moment of the Free Muon" ("Παρατηρήσεις στην αποτυχία διατήρησης της ομοτιμίας και της συζυγίας φορτίου σε διασπάσεις μεσονίων: η μαγνητική ροπή του ελεύθερου μιονίου"). Η εργασία είχε επίσης σταλεί στις 15 Ιανουαρίου 1957 από το Πανεπιστήμιο Κολούμπια. Πώς υπήρξε άραγε αυτή η σύμπτωση!

Λίο Λέντερμαν
Από: Fermilab

Ο Λέντερμαν ήταν συνάδελφος φυσικός της Γου στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια.  Το καλοκαίρι του 1956, ο Λέντερμαν είχε προσπαθήσει να εξετάσει πειραματικά την άποψη των Λι και Γιαγκ για παραβίαση της ομοτιμίας στην αλυσίδα π - μ - ν (πιόνιο-μιόνιο-νετρίνο), αλλά είχε καταλήξει στο συμπέρασμα ότι η ανισοτροπία θα ήταν μικρή και δύσκολο να μετρηθεί. 

Το μεσημέρι της Παρασκευής 4 Ιανουαρίου 1957, ο Λι, έχοντας ήδη ενημερωθεί από την Γου για την εξέλιξη του πειράματος, ενημέρωσε τους συνδαιτημόνες του στο τακτικό εβδομαδιαίο κινέζικο γεύμα που παρέθετε στο Κολούμπια, τα ευχάριστα νέα για τα αποτελέσματα των τελευταίων μετρήσεων της Γου στην Ουάσιγκτον. Παρών στη συνάντηση ήταν και ο Λέντερμαν που ήταν από τους πρωτοπόρους πειραματικούς φυσικούς στα πειράματα πιονίων και μιονίων χρησιμοποιώντας το κύκλοτρο των 400 MeV του εργαστηρίου Νέβις του Κολούμπια. Έχοντας ακούσει τις πληροφορίες του Λι, καθώς οδηγούσε προς το σπίτι του εκείνο το απόγευμα της Παρασκευής, συνειδητοποίησε ότι τα αποτελέσματα οδηγούσαν σε μια πλήρως πολωμένη δέσμη μιονίων που θα παρήγαγε μια σημαντική ανισοτροπία των κατανομών των ηλεκτρονίων διάσπασης. Εκείνη την ώρα αντιλήφτηκε ότι μπορούσε να μετρήσει αυτή την ανισοτροπία μετρώντας την ένταση των ηλεκτρονίων που εκπέμπονται σε διάφορες γωνίες σε σχέση με τη δέσμη του πιονίου. Θα ήταν ένα απλό πείραμα γι' αυτόν. Σύμφωνα με τα λεγόμενά του, σκέφτηκε: "Fame and fortune!" ("Φήμη και πλούτος!").

Ρίτσαρντ Γκάργουιν
Από: wikipedia

Κατά τις 8 εκείνο το βράδυ ο Λέντερμαν τηλεφώνησε στον φίλο του Ρίτσαρντ Γκάργουιν, που εκείνη την εποχή εργαζόταν στο Κολούμπια, για να του πει τα αποτελέσματα της Γου και να του εξηγήσει το σχέδιό του να μετρήσει την ανισοτροπία των ηλεκτρονίων σε διάφορες γωνίες. Ο Γκάργουιν του πρότεινε να συναντηθούν το ίδιο βράδυ στο εργαστήριο Νέβις, κάτι που έγινε. Εκεί, ο Γκάργουιν πρότεινε, ότι μια καλύτερη διάταξη θα ήταν να διατηρηθεί ο μετρητής σε σταθερή γωνία σε σχέση με τη δέσμη πιονίων και να περιστραφεί η υποτιθέμενη πολωμένη μαγνητική ροπή του μιονίου με ένα μαγνητικό πεδίο που θα δημιουργείτο από πηνία Helmholtz. Ο Λέντερμαν κατάλαβε αμέσως ότι η πρόταση του Γκάργουιν ήταν καλύτερη από τη δική του και εύκολη στην εφαρμογή. Αμέσως ο Λέντερμαν κάλεσε στο Νέβις και τον μεταπτυχιακό φοιτητή του Μαρσέλ Γουάινριτς και οι τρεις τους δούλεψαν όλο το βράδυ εκείνης της Παρασκευής, χρησιμοποιώντας μια συσκευή που είχε φτιάξει ο Γουάνριτς για ένα άλλο πείραμα. Στο τέλος της νύχτας τα αποτελέσματα που είχαν συλλέξει ήταν ασαφή, αλλά ενθαρρυντικά. 

Στο Σαββατοκύριακο που ακολούθησε, το κύκλοτρο του Νέβις έκλεισε κι αυτό έδωσε στην ομάδα τον απαιτούμενο χρόνο για να κάνει τις απαραίτητες ρυθμίσεις στην πειραματική διάταξη. Μέσα σε 4 ημέρες, όχι μόνον είχαν επιβεβαιώσει το αποτέλεσμα του σπασίματος της parity στην ασθενή αλληλεπίδραση 

π + →  µ + +  ν   και   µ + →  e + + 2ν,

αλλά είχαν ετοιμάσει και το φύλλο για την δημοσίευση. Όμως ο Λι απέτρεψε τον Λέντερμαν να προχωρήσει στη δημοσίευση, γιατί τους ενημέρωσε ότι η Γου με την ομάδα της στο NBS δούλευαν για μήνες πάνω σ' αυτό το θέμα.

Στις 17 Ιανουαρίου 1957, το Physical Review έλαβε από τον Valentine Telegdi (Βαλεντίν Τελέγκντι) του Πανεπιστημίου του Σικάγο, μια ακόμη πειραματική εργασία όπου φαινόταν επίσης η μη διατήρηση της ομοτιμίας. Ο Τελέγκντι είχε ξεκινήσει κι αυτός την πειραματική του προσπάθεια το καλοκαίρι του 1956, χωρίς να γνωρίζει για την προσπάθεια των συναδέλφων του στο Κολούμπια και το NBS. Η εργασία του Τελέγκντι στην αρχή απορρίφτηκε (ίσως λόγω ανεπαρκών στοιχείων) και στη συνέχεια, μετά την προσθήκη περισσότερων στοιχείων, δημοσιεύτηκε την 1η Μαρτίου 1957 (τόμος 105, σελ. 1681). Να σημειώσουμε ότι σ' αυτή την εργασία ως συγγραφείς εμφανίζονται ο Jerome Friedman (Τζέρομ Φρίντμαν, σημ. Νόμπελ Φυσικής το 1990) που ήταν μεταπτυχιακός φοιτητής και ο Βαλεντίν Τελέγκντι. Μάλιστα, το όνομα του Φρίντμαν εμφανίζεται πρώτο, επειδή  τα ονόματα είχαν γραφεί κατ' αλφαβητική σειρά, όπως και στην εργασία του Λέντερμαν. 

Βαλεντίν Τελέγκντι
Από: National Academyof Sciences

Με αυτή την αφορμή να επισημάνω ότι στην εργασία της Γου δεν υπήρχε σε κανένα σημείο αναφορά στη συμμετοχή μεταπτυχιακών φοιτητών (π.χ. Μάριον Μπιαβάτι), όπως στην εργασία του Λέντερμαν, όπου ο μεταπτυχιακός φοιτητής Μαρσέλ Γουάινριτς αναφέρεται στη συγγραφική ομάδα.

Τον Οκτώβριο του 1957, ο Γιανγκ και ο Λι έγιναν οι δύο πρώτοι Κινεζοαμερικανοί στην ιστορία που κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ στη Φυσική "για τη διεισδυτική τους έρευνα των λεγόμενων νόμων ομοτιμίας που οδήγησε σε σημαντικές ανακαλύψεις σχετικά με τα στοιχειώδη σωματίδια". Αν και οι κανόνες απονομής του Νόμπελ επιτρέπουν έως και τρεις αποδέκτες του βραβείου κάθε φορά, η Γου δυστυχώς δεν τιμήθηκε. Η ειρωνεία με το θέμα της μη συμπερίληψης της Σιεν Γου στην ομάδα που πήρε το Νόμπελ Φυσικής το 1957 είναι ότι το πείραμα που έκανε, ανέτρεψε το νόμο της φυσικής που λέγεται «αρχή της ομοτιμίας» ή «αρχή της ισοτιμίας»! Το επόμενο έτος το Κολούμπια προήγαγε τελικά την Γου στη βαθμίδα της τακτικής καθηγήτριας. Ήταν η πρώτη γυναίκα στην οποία δόθηκε μόνιμη θέση διδακτικού προσωπικού στο τμήμα Φυσικής στο Κολούμπια και ήταν η πρώτη στην οποία προσφέρθηκε το 1973 η έδρα Michael I. Pupin Καθηγήτρια Φυσικής.

Τζέρομ Φρίντμαν
Από: American Institute of Physics (AIP)

Στις 11 Δεκεμβρίου του 1957, στη διάλεξη που έδωσε ο Γιαγκ στη Στοκχόλμη για την βράβευσή του με το Νόμπελ, είχε το θάρρος να δώσει τα εύσημα στην Γου, τονίζοντας ότι τα αποτελέσματα του πειράματος οφείλονταν στο θάρρος και την ικανότητα της ομάδας της Γου και αναφέροντας τα ονόματα όλων των ατόμων που υπέγραφαν την εργασία στο Physical Review. Ο Robert Oppenheimer (Ρόμπερτ Οπενχάιμερ) είχε δηλώσει δημόσια ότι η Γου θα έπρεπε να είχε μοιραστεί το Νόμπελ Φυσικής του 1957. Ο Emilio Segrè (Εμίλιο Σεγκρέ) αποκάλεσε την ανατροπή της ομοτιμίας «πιθανώς την σημαντικότερη εξέλιξη της φυσικής μετά τον πόλεμο».

  • Το κείμενο (pdf) της ομιλίας της Σιεν Γου με τίτλο "The Discovery of the Parity Violation in Weak Interactions and Its Recent Developments" ("Η ανακάλυψη του σπασίματος της ομοτιμίας στις ασθενείς αλληλεπιδράσεις και οι πρόσφατες εξελίξεις") στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο, στη μνήμη του κορυφαίου Ιάπωνα θεωρητικού φυσικού Γιόσιο Νισίνα, στο πλαίσιο του Nishina Memorial Lecture (31 Μαρτίου 1983) (αγγλικά).
  • Κείμενο του φυσικού Rishabh Nakra στον ιστότοπο "The Secrets Of The Universe - SOU" με τίτλο "Chien Wu: The Amazing Story Of How This Nuclear Physicist Disproved A Crucial Law of Nature" ("Σιεν Γου: Η εκπληκτική ιστορία του πώς αυτή η πυρηνικός φυσικός διέψευσε έναν κρίσιμο νόμο της φύσης") (αγγλικά).
  •  Η εργασία (pdf) των Λι και Γιανγκ με τίτλο "Question of Parity Conservation in Weak Interactions" ("Ζήτημα διατήρησης της ομοτιμίας στις ασθενείς αλληλεπιδράσεις"), που έθεσε δημόσια το θέμα του σπασίματος της parity. Η εργασία στάλθηκε στο περιοδικό Physical Review στις 22 Ιουνίου 1956 και δημοσιεύτηκε την 1η Οκτωβρίου 1956 (τομ. 104, τεύχος 1, σελ. 254-258).
Οι Τσουγκ-Ντα Λι και Τσεν-Νιγκ Γιαγκ σε αίθουσα διδασκαλίας
στο Ινστιτούτο Προχωρημένων Σπουδών (IAS) στο Πρίνστον.

Από: IAS (Shelby White and Leon Levy Archives Center)
  • Η συμπληρωματική (pdf) στην προηγούμενη εργασία των Λι και Γιαγκ με τίτλο "Errata" ("Λάθη"), που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Physical Review στις 15 Ιουνίου 1957 (τομ. 106, τεύχος 6, σελ. 1371).
  • Η εργασία (pdf) των Γου, Χάντσον,  Άμπλερ, Χοπς και Χέιγουορντ με τίτλο "Experimental Test of Parity Conservation in Beta Decay" ("Πειραματική δοκιμή διατήρησης της ομοτιμίας στη διάσπαση βήτα"). Δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Physical Review στις 15 Φεβρουαρίου 1957 (τομ. 105, τεύχος 4, σελ. 1413-1415).
  • Η εργασία (pdf) των Γκάργουιν, Λέντερμαν και Γουάινριτς με τίτλο "Observations of the Failure of Conservation of Parity and Charge Conjugation in Meson Decays: the Magnetic Moment of the Free Muon" ("Παρατηρήσεις στην αποτυχία διατήρησης της ομοτιμίας και της συζυγίας φορτίου σε διασπάσεις μεσονίων: η μαγνητική ροπή του ελεύθερου μιονίου"). Δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Physical Review στις 15 Φεβρουαρίου 1957 (τομ. 105, τεύχος 4, σελ. 1415-1417).
  • Άρθρο (pdf) του ιστορικού των επιστημών Paul Forman με τίτλο "The fall of parity" ("Η πτώση της ομοτιμίας") δημοσιευμένο στο περιοδικό The Physics Teacher τον Μάιο του 1982, για την επέτειο των 25 χρόνων του πειράματος (αγγλικά).
  • Άρθρο του φυσικού Lui Lam με τίτλο "Madame Wu and Parity Nonconservation" ("Η Μαντάμ Γου και η μη διατήρηση της ομοτιμίας") που δημοσιεύτηκε τον Μάρτιο του 2023. Παρουσιάζει πληροφορίες για το παρασκήνιο της δημοσιεύσης των εργασιών για την μη διατήρηση της parity στην ασθενή αλληλεπίδραση.
  • Άρθρο της Magdolna Hargittai στον ιστότοπο physicsworld με τίτλο "Credit where credit’s due?" ("Πίστωση (αλλά) που οφείλεται η πίστωση;").

Πηγή: wikipedia,  NIST,   physics4uSOUNishina Memorial Foundation,  scientificamericanskiathosphysics,  physicsgggreek-languagephysicsntuaethz,  perifysikhs,  orionas,  Physical Review,  researchgatemcgillnobelprize