高能物理學(xué)家吳秀蘭的高能人生

1963年，瑪麗亞·格佩特·梅耶因描述原子核結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。從那以后，再?zèng)]有女性贏得同樣的殊榮。

這55年間，有可能獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的眾多女性之一是吳秀蘭。她是威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的恩里科·費(fèi)米獎(jiǎng)特聘物理學(xué)教授，也是歐洲核子研究中心的成員。她的名字出現(xiàn)在1000多篇高能物理學(xué)論文中，在過(guò)去50年，她為物理領(lǐng)域中最重要的數(shù)個(gè)實(shí)驗(yàn)做出了重要貢獻(xiàn)。她甚至達(dá)成了作為年輕研究員時(shí)為自己設(shè)定的艱巨目標(biāo)：一生中至少要為三個(gè)重大的物理學(xué)發(fā)現(xiàn)做出貢獻(xiàn)。

第一次：粲夸克的發(fā)現(xiàn)

1974年11月11日，伯頓·里克特帶領(lǐng)的斯坦福直線(xiàn)加速器中心（SLAC）團(tuán)隊(duì)，與丁肇中帶領(lǐng)的布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（BNL）同時(shí)宣布發(fā)現(xiàn)了J/ψ介子。由于J/ψ介子是由一對(duì)粲夸克與反粲夸克組成，因此這也意味著粲夸克的發(fā)現(xiàn)。

回到1964年，科學(xué)家首次提出了夸克的概念，認(rèn)為質(zhì)子和中子由更基本的夸克組成。那個(gè)時(shí)候，粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型還不像今天這樣，不同部分如此完美地彼此吻合，而是充滿(mǎn)著未知，沒(méi)有人知道會(huì)發(fā)現(xiàn)什么。1974年11月，J/ψ介子的發(fā)現(xiàn)對(duì)粒子物理學(xué)產(chǎn)生了如此巨大的影響，因而被稱(chēng)為粒子物理學(xué)領(lǐng)域的“十一月革命”。

而就在當(dāng)時(shí)的布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，從哈佛大學(xué)獲得博士學(xué)位的吳秀蘭，正跟隨導(dǎo)師丁肇中做博士后研究，并參與了粲夸克的發(fā)現(xiàn)。這是她參與的第一個(gè)重要物理學(xué)發(fā)現(xiàn)。

吳秀蘭參與發(fā)現(xiàn)了粲夸克、膠子與希格斯粒子

在瓦薩學(xué)院求學(xué)時(shí)期的吳秀蘭

吳秀蘭與丈夫的合照

第二次：膠子的發(fā)現(xiàn)

1977年，吳秀蘭剛剛成為威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的助理教授，試圖參加正負(fù)電子對(duì)碰撞的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。然而，在SLAC工作的同事拒絕了她。于是，她跑去德國(guó)的DESY（德國(guó)電子同步加速器研究中心），滿(mǎn)心歡喜地準(zhǔn)備加入朋友所在的JADE實(shí)驗(yàn)組，卻再次被教授拒之門(mén)外。吳秀蘭倍感失落，又去詢(xún)問(wèn)TASSO實(shí)驗(yàn)組的負(fù)責(zé)人布約恩·維克，這一次，她即刻被接受。

后來(lái)，JADE實(shí)驗(yàn)組的設(shè)備出現(xiàn)故障，1979年，TASSO實(shí)驗(yàn)組率先觀測(cè)到了正負(fù)電子對(duì)碰撞產(chǎn)生的三束粒子流信號(hào)，確認(rèn)了膠子的存在。

在發(fā)現(xiàn)膠子的過(guò)程中，吳秀蘭不僅負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)工作，也做了大量的理論計(jì)算，以確保觀測(cè)膠子的實(shí)驗(yàn)信號(hào)準(zhǔn)確無(wú)誤，并能夠迅速識(shí)別信號(hào)，因?yàn)槟菚r(shí)候，粒子流作為觀測(cè)信號(hào)的概念才提出不久，人們并不確定產(chǎn)生膠子的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)三束粒子流的信號(hào)。

因?yàn)樵诎l(fā)現(xiàn)膠子中的重要貢獻(xiàn)，吳秀蘭與合作者共同獲得了1995年歐洲物理學(xué)會(huì)高能物理獎(jiǎng)。

第三次：發(fā)現(xiàn)希格斯粒子

2012年6月25日下午3點(diǎn)，在歐洲核子研究中心（CERN）32號(hào)樓1樓的威斯康星實(shí)驗(yàn)組走廊里傳來(lái)了一陣騷動(dòng)。吳秀蘭的學(xué)生告訴她，他們發(fā)現(xiàn)希格斯粒子了。吳秀蘭以為是開(kāi)玩笑，所以大家走進(jìn)辦公室時(shí)，臉上都掛著微笑。當(dāng)看到電腦上的希格斯信號(hào)時(shí)，大家的微笑突然變成了狂喜，很快，歡呼聲響徹整個(gè)走廊。

在公布發(fā)現(xiàn)后，吳秀蘭和希格斯教授握了手，跟他說(shuō)：“我已經(jīng)找了你20多年了。”希格斯教授則回答說(shuō)：“現(xiàn)在，你已經(jīng)找到我了?！弊鳛锳TLAS（超環(huán)面儀器）實(shí)驗(yàn)其中一個(gè)小組的負(fù)責(zé)人，為了尋找希格斯粒子，從1980年至2012年，吳秀蘭花了32年。

最近，在希格斯粒子與上夸克相互作用的實(shí)驗(yàn)中，吳秀蘭帶領(lǐng)的小組再次做出了重要貢獻(xiàn)，在這一實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，他們結(jié)合了過(guò)去五年的觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用最新的機(jī)器學(xué)習(xí)理論與統(tǒng)計(jì)方法，不斷提高ATLAS探測(cè)器的性能。未來(lái)，他們還計(jì)劃利用量子計(jì)算技術(shù)來(lái)提高數(shù)據(jù)分析水平。

然而，粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型并不是描述自然的完備理論，例如，標(biāo)準(zhǔn)模型無(wú)法與廣義相對(duì)論描述的引力場(chǎng)理論結(jié)合，也無(wú)法解釋可能導(dǎo)致宇宙膨脹的暗能量，以及解釋中微子振蕩及其質(zhì)量問(wèn)題。

而吳秀蘭也并沒(méi)有停止探索的腳步，現(xiàn)在，她正在尋找暗物質(zhì)留下的痕跡。

求學(xué)與科學(xué)研究之路

盡管取得了如此傲人的成就，吳秀蘭的求學(xué)之路和學(xué)術(shù)生涯，實(shí)則飽含艱辛。

吳秀蘭出生于日軍占領(lǐng)時(shí)期的香港，還在母親的懷抱中時(shí)，就不時(shí)進(jìn)出防空洞。她的父親是香港著名的企業(yè)家，母親是他的第六妾。在她很小的時(shí)候，父親就遺棄了他們，母親帶著她和弟弟生活在貧民窟里。童年的遭遇使她下定決心，要做一個(gè)獨(dú)立自主的人。

吳秀蘭的母親在中國(guó)的鄉(xiāng)村長(zhǎng)大，不識(shí)字，也從來(lái)沒(méi)有工作過(guò)，卻非常支持子女的教育，她竭盡全力將吳秀蘭和弟弟從貧民窟學(xué)校轉(zhuǎn)到教會(huì)學(xué)校。

直到12歲時(shí)，吳秀蘭才開(kāi)始每周和父親見(jiàn)面一次，每次兩三個(gè)小時(shí)。當(dāng)父親發(fā)現(xiàn)她能心算三位數(shù)乘以三位數(shù)的乘法時(shí)，頗受觸動(dòng)。然而，當(dāng)1959年吳秀蘭高中畢業(yè)時(shí)，父親不讓她上大學(xué)。于是，吳秀蘭暗暗地申請(qǐng)了50所美國(guó)大學(xué)，并申請(qǐng)了全額獎(jiǎng)學(xué)金以支持學(xué)業(yè)。然而，只有四所學(xué)院給了回復(fù)，前三所都拒絕了她。當(dāng)她以為自己被整個(gè)美國(guó)拒絕的時(shí)候，瓦薩學(xué)院接收了她，并提供全額獎(jiǎng)學(xué)金。

當(dāng)時(shí)在紐約的父親碰巧參加了朋友的女兒—— 一位瓦薩學(xué)院學(xué)生的畢業(yè)典禮，他意識(shí)到瓦薩學(xué)院是一座非常有聲望的學(xué)府，這才給女兒買(mǎi)了從香港到舊金山的船票，并給了她40美元零用錢(qián)。

瓦薩學(xué)院給了吳秀蘭極大的支持：她無(wú)需擔(dān)心個(gè)人經(jīng)濟(jì)狀況，因而可以完全集中精力學(xué)習(xí)；她被帶領(lǐng)去參觀大都會(huì)博物館；學(xué)院安排一個(gè)夏天為她補(bǔ)習(xí)英文；她與其他八個(gè)外國(guó)學(xué)生被邀請(qǐng)到白宮與51屆校友杰奎琳·肯尼迪見(jiàn)面并會(huì)見(jiàn)國(guó)會(huì)議員。更重要的是，瓦薩學(xué)院培養(yǎng)了她的自信、毅力和恒心。

她原本想成為一個(gè)藝術(shù)家，然而，在讀了居里夫人的傳記后，她決定將自己的一生獻(xiàn)給科學(xué)。

1963年，她以最優(yōu)等生的身份從瓦薩學(xué)院畢業(yè)，被哈佛大學(xué)錄取，并享受全額獎(jiǎng)學(xué)金。同時(shí)錄取她的還有加州大學(xué)伯克利分校、哥倫比亞大學(xué)與耶魯大學(xué)。而普林斯頓大學(xué)寫(xiě)信回復(fù)她說(shuō)，對(duì)于女性，他們只接受本校教授的太太們。加州理工學(xué)院則回復(fù)說(shuō)，他們沒(méi)有女生宿舍，因而不會(huì)接受女性，除非她們“異常優(yōu)秀”。

即使在哈佛，吳秀蘭的學(xué)業(yè)仍然充滿(mǎn)阻礙。男生會(huì)在男生宿舍一起做功課，女生則不被準(zhǔn)許進(jìn)入，而吳秀蘭是物理系當(dāng)年唯一的女性。在第一年年底，吳秀蘭被授予碩士學(xué)位——這是女性被允許從哈佛拿到研究生學(xué)位的第一年，然而，當(dāng)她和同學(xué)一起參加給畢業(yè)生的免費(fèi)午餐時(shí)，一名保安要求她離開(kāi)哈佛庭院，并說(shuō)，一百年來(lái)沒(méi)有女人被允許參加這個(gè)畢業(yè)典禮的午餐。

吳秀蘭說(shuō)，在哈佛時(shí)，瓊·貝茲的《We Shall Overcome》是她最喜歡的一首歌。

1962年和1963年，吳秀蘭在布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室工作，在那里，她遇到了自己的丈夫——哈佛大學(xué)的理論物理學(xué)家吳大峻。在70年代末，當(dāng)她還是威斯康星大學(xué)的助理教授時(shí)，丈夫與她探討了是否生小孩的問(wèn)題，考慮到如果這么做，那么她可能就不會(huì)獲得終身教職，并且可能失去所有的科研經(jīng)費(fèi)，最終，他們不得不放棄生小孩。

如今，吳秀蘭仍然輾轉(zhuǎn)于位于日內(nèi)瓦的歐洲核子研究中心與威斯康星大學(xué)麥迪遜分校兩地之間，她說(shuō)她之所以如此努力工作，是因?yàn)樽约喝硇臒釔?ài)科學(xué)事業(yè)。她曾經(jīng)做出決定，要將自己的一生奉獻(xiàn)給科學(xué)，并為人類(lèi)做出貢獻(xiàn)。在幾十年的人生中，她經(jīng)歷了生活和科學(xué)發(fā)現(xiàn)的喜悅。她說(shuō)：“探尋可能是漫長(zhǎng)的，也可能是艱難的。很多時(shí)候，它是既漫長(zhǎng)又艱難的。當(dāng)遇到障礙時(shí)，你跌倒，然后重新站起來(lái)……你要相信自己，要忠于自己的決心?！?/p>