發表上千篇論文，3次與諾獎擦肩：高能物理學家吳秀蘭的高能人生

1963 年，瑪麗亞·格佩特-梅耶（Maria Goeppert Mayer）因為描述了原子核的分層殼狀結構獲得了諾貝爾物理學獎。此後再沒有女性獲此殊榮。

但是如果有平行世界，那麼這 55 年來可能會有眾多女性獲得諾貝爾物理學獎，吳秀蘭（Sau Lan Wu）便是其中之一。吳秀蘭是威斯康星大學麥迪遜分校的恩里克·費米獎特聘物理學教授（Enrico Fermi Distinguished Professor of Physics），也是歐洲核子研究中心（CERN）的研究員。她的名字出現在超過 1000 篇高能物理學論文中，在該領域近五十年來最重要的實驗中，她參與了 6 項。她甚至達成了年輕時立下的那個遙不可及的目標：做出至少 3 項重大發現——這 3 項重大發現，每個是「諾獎級」。

原作Joshua Roebke

翻譯 耿佳琳

審校 戚譯引

編輯 魏瀟

吳秀蘭是發現J/ψ 介子的兩個課題組之一的重要一員。J/ψ 介子的發現預示了第四種夸克的存在，即現在所說的粲夸克（charm quark）。這項發現誕生於 1974 年，被稱為「十一月革命」，是粒子物理學標準模型建立的關鍵一步。

20 世紀 70 年代末，吳秀蘭做了許多運算和分析工作，識別出粒子對撞時噴射出的三束能量，這標示著膠子（gluon）的存在——該粒子介導著將質子和中子束縛在一起的強相互作用。這是繼光子被發現介導電磁力之後，人們發現的第一種介導相互作用的粒子。

吳秀蘭後來成為了超環面儀器（ATLAS）實驗的課題組組長之一，也是 2012 年參與大型強子對撞機實驗的兩個合作方之一，這個實驗發現了希格斯玻色子（higgs boson），填補了標準模型缺失的最後一塊拼圖。她仍在繼續尋找新的粒子，希望可以超越標準模型，將物理學繼續向前推進。

高能物理學家吳秀蘭 圖片來源：http://wisconsin.cern.ch/wus/

吳秀蘭出生在二戰時被佔領的香港。她的母親是一位富商的第六個妾，她還有一個弟弟，而在吳秀蘭還是個孩子時，父親就拋棄了他們。她在極度的貧困中長大，孤單地睡在一間米店後面的空地上。她的母親雖然是個文盲，卻極力敦促女兒求學，不要依靠善變的男人。

從香港一所公立學校畢業後，吳秀蘭申請了 50 所美國的大學。她最終收到了瓦薩學院（Vassar College）的獎學金，於是帶著 40 美元前往美國。

她最初想成為一名藝術家，但在讀了居里夫人的傳記之後，她深受啟發，決定學習物理學。一連幾個暑假，她都在長島的布魯克海文國家實驗室（Brookhaven National Laboratory）做實驗，後來又進入哈佛大學研究生院深造。

她是同學中的唯一一個女生，被禁止進入男生宿舍參加在那裡組織的學習小組。從此，她致力於讓每個人都能在物理學中擁有一席之地，後來指導了 60 個男女博士生。

六月初，在陽光明媚的克利夫蘭，Quanta 雜誌採訪了吳秀蘭，她那時剛剛被邀請在一個研討會上針對膠子的發現發表演說，以慶祝標準模型誕生 50 周年。

吳秀蘭在CERN的辦公室裡布置著紀念品和照片，包括一張她和丈夫的合照。她的丈夫吳大峻是哈佛大學理論物理學教授。（THI MY LIEN NGUYEN/QUANTA MAGAZINE）

（THI MY LIEN NGUYEN/QUANTA MAGAZINE）

如果你想成功，你就要成為第一

Q：你在為世界最大的實驗項目工作，也是數十個學生的導師，在麥迪遜和日內瓦之間往返。你每天的日常是怎樣的？

吳：非常累！總的來說，我在 CERN 全職工作，但也常去麥迪遜。所以我確實經常四處奔波。

Q：你是怎麼協調這一切的？

吳：我認為，關鍵是我全身心投入其中。我的丈夫吳大峻（Tai Tsun Wu）也是一名教授，在哈佛大學教理論物理。現在他甚至比我工作還要努力，這是不是令人難以想像？他正在做關於希格斯玻色子衰變的計算，十分困難。但我鼓勵他要努力工作，因為當你上了年紀之後，工作對你的精神狀態有好處。這也是我努力工作的原因。

Q：在所有你參與過的發現中，有沒有哪個是你最喜歡的？

吳：膠子的發現是一段非常美妙的經歷。我當時只是個工作剛剛兩三年的助教。我特別開心，因為我是研究組所有核心成員中年齡最小的。

Q：膠子是繼光子之後第一個被發現介導相互作用的粒子。介導弱相互作用的 W 和 Z 玻色子在幾年之後被發現，其發現者獲得了諾貝爾獎，但為什麼沒有獎項獎勵給膠子的發現呢？

吳：呃……這你得問問諾獎委員會了（笑）。我只能說說我的看法：諾貝爾獎只能頒發給三個人，而另外三名與我一同參與實驗的物理學家比我更為資深。他們對我很好。但是，是我提議立刻搜尋膠子，而且是我做的計算工作。我甚至沒有跟理論物理學家交流。雖然我嫁給了一位理論物理學家，但我從來不怎麼關心理論物理學家讓我做什麼。

Q：你是如何成功地成為做計算工作的那個人的？

吳：如果你想成功，你就要快，而且你要成為第一。所以我作了計算，保證只要漢堡的德國電子同步加速器研究所（DESY）里那台新的對撞機一啟動，我們就能夠看到膠子，並識別出它的三束粒子噴流的信號。我們那時候並不確定膠子的信號會不會清晰，因為粒子噴流的概念在一兩年前才被提出，但這似乎是發現膠子的唯一方法。

Q：你還參與了希格斯玻色子的發現，在標準模型中，這個粒子是給予其他粒子質量的粒子。這項實驗與你參與的其他實驗有什麼不同嗎？

吳：在希格斯玻色子的發現上，我所做的工作和所花的時間比其他任何項目都要多。我為它工作了 30 多年，做過一項又一項實驗。我覺得我為那項發現作了很多貢獻。但是 CERN 的超環面儀器（ATLAS）的合作規模實在太大了，你沒法談什麼個人貢獻。3000 人參與了儀器的建造和實驗工作，哪有人能說自己作了什麼貢獻？在以前，這些事情更容易說得清。

吳秀蘭和在ATLAS的同事們的一張合影，那是2012年，他們在慶祝希格斯玻色子的發現。（THI MY LIEN NGUYEN/QUANTA MAGAZINE）

失之桑榆，收之東隅

Q：與你年輕時相比，現在物理學領域中的女性是不是更輕鬆了？

吳：我沒有覺得更輕鬆，但是對於年輕女性來說，確實是這樣的。現在基金會和學術機構有鼓勵年輕女性參與研究的趨勢，我認為這是很棒的事情。但是對於我這樣人的就比較困難了。我經歷了一段非常難熬的時光，現在我已經站穩了腳跟，其他人又會說：為什麼我們要給你特別對待呢？

Q：在你還是個年輕研究者的時候，你有哪些導師？

吳：在 DESY 尋找膠子的時候，比約恩·威克（Bj?rn Wiik）給予了我很大的幫助。

Q：為什麼這麼說？

吳：在威斯康星大學開始做研究時，我正在尋找新的研究項目。我對正負電子對撞很感興趣，這可以給出膠子存在的最明確的跡象。所以我去找威斯康星大學的另一位教授，他在斯坦福直線加速器中心（SLAC）做這類實驗，但他並沒有興趣與我合作。

所以，我又嘗試加入 DESY 新建的正負電子對撞機的實驗項目。我想參與 JADE 項目（該項目名稱由建造探測器建造國的三個國家——日本、德國和英國的國名縮寫組成），我有些朋友在那兒工作，所以我去了德國，並且已經準備好了要加入他們。然而當我聽說並沒有人向這個課題組的一個主要教授提到過我時，我自己給他打了電話。他說：「我並不確定能不能接收你，而且我馬上要休假一個月，回來再打電話給你。」我當時特別傷心，因為我已經在德國，在 DESY 了。

但隨後我遇到了比約恩·威克，他帶領著另一個叫做 TASSO 的實驗項目。他問我：「你在這兒做什麼呢？」我說：「我想加入 JADE 項目，但他們拒絕我了。」他說：「過來跟我談談吧。」他第二天就接收了我。結果不久後，JADE 的儀器艙室壞掉了，他們沒能觀察到膠子放出的三束信號，而我們在 TASSO 項目中率先觀察到了。這讓我認識到什麼叫失之桑榆，收之東隅。

1978年，德國漢堡，吳秀蘭和比約恩·威克在德國電子同步加速器研究所的TASSO實驗的電子控制室里。（THI MY LIEN NGUYEN/QUANTA MAGAZINE）

Q：你的確把一件壞事變成了好事。

吳：是的。同樣的情形還發生在我離開香港上大學的時候。我在美領館看了一遍目錄，申請了 50 所學校，並且在每一份申請中都寫著「我需要一份全獎和免費食宿」，因為我沒有錢。四所學校作出了回復，其中三所都拒絕了我，而瓦薩學院是美國唯一一所接受我的學校。結果，它是我申請的所有大學中最好的一所。

只要你肯堅持，好事情總會發生的。你必須努力工作，且擁有好的判斷力——這是我的人生哲學。你也得有好運氣。

Q：我知道這個問題不太公平，因為從來沒人這麼問男性，儘管我們也應該問問他們——但我還是想問，社會怎樣才能激勵更多的女性學習物理學，或者考慮把它作為事業呢？

吳：我只能說說我的這個領域——實驗高能物理學。我認為這個領域對於女性來說是很難的，我想這部分是因為家庭問題。

我和我丈夫已經 10 年沒有生活在一起了，除了夏天的時候。我也放棄了生育。當我考慮要孩子的時候，我正忙著爭取終身教職和一筆研究經費，我擔心如果我懷孕了會什麼都拿不到。相比要孩子，我更害怕挺著大肚子走進物理系或者參加會議。所以，這個領域對家庭非常、非常不友好。

Q：我想現在還是這樣。

吳：是的，但是對於年輕一代來說，事情不一樣了。現在，如果一個院系能對女性給予支持的話，會給人留下更好的印象。我並不是說學校這麼做只是為了維護自己的形象，他們的確也不再排擠女性了。但事情仍然很艱難，尤其是在實驗高能物理領域。我認為這個領域的出差實在太頻繁了，已經對家庭和個人生活帶來了不便。跟這些事情相比，理論可要簡單得多。

吳秀蘭被選入蕾切爾·因諾托夫斯基（Rachel Ignotofsky）於2016年出版的暢銷書《科學中的女性：50位改變世界的勇敢先驅》（Women in Science: 50 Fearless Pioneers Who Changed the World）。（THI MY LIEN NGUYEN/QUANTA MAGAZINE）

（THI MY LIEN NGUYEN/QUANTA MAGAZINE）

未 來

Q：你已經為粒子物理學標準模型的建立做了這麼多，其中有哪些部分是你喜歡的？哪些是你不喜歡的？

吳：標準模型一直適用，一直被證明是對的，這實在令人驚喜。我最喜歡的是，每次我們想要尋找那些標準模型不能解釋的東西時，我們總是找不到，因為標準模型表明我們不可能找到。

但是在我那時候，我們有太多需要去發現和建立的東西。現在的問題是，所有的東西都完美地自洽，而模型被如此完善地確立。這就是為什麼我很想念發現 J/ψ 介子的那段時光。沒有人預料到它的到來，沒有人對它有任何了解。

不過，那些驚喜的日子或許還沒有結束。

Q：我們知道標準模型是對自然界的不完整的描述，它不能解釋引力、中微子的質量或暗物質——這種看不見的物質似乎構成了我們宇宙中物質的七分之六。關於在標準模型以外還存在什麼，你最喜歡哪種想法？

吳：現在我正在尋找構成暗物質的粒子。唯一的問題在於，我承諾在 CERN 的大型強子對撞機這邊工作，但是對撞機未必是尋找暗物質的最佳地點。暗物質存在於星系之中，我們在地球上並不能看到它。

但我仍然要嘗試一下。如果暗物質與已知的粒子有任何相互作用的話，它就有可能在 LHC 的對撞中產生。但是暗物質的相互作用很弱，可能不會在超環面儀器的探測器里留下可見的信號，所以我們只能根據我們能看到的東西來推斷它的存在。現在，我正致力於尋找在產生單個希格斯玻色子的對撞中丟失的能量和動量，以此作為暗物質存在的痕迹。

Q：你還在做其他什麼研究嗎？

吳：我們最重要的任務是理解希格斯玻色子的性質，它是一種全新的粒子。希格斯玻色子比其他任何已知的粒子都更為對稱，它也是我們發現的第一種沒有任何自旋的粒子。在最近對於希格斯玻色子與頂夸克相互作用的測量中，我和我的研究組是主要的貢獻者。這項觀測極其具有挑戰性。我們檢查了五年來的對撞數據，我的團隊深入學習了最前沿的機器學習技術和統計學理論。

除了研究希格斯玻色子和尋找暗物質之外，我和我的研究組也為硅像素探測器、觸發系統（用於識別潛在的有意義的對撞）以及超環面儀器探測器的計算機系統做了工作。我們利用 LHC 進行停機升級的時候對這些進行改進。我們對不遠的將來非常期待，因為我們計劃開始運用量子計算來做數據分析。

吳秀蘭在CERN。（THI MY LIEN NGUYEN/QUANTA MAGAZINE）

Q：你對剛剛開始職業生涯的年輕物理學家有什麼建議嗎？

吳：現在有些年輕的實驗物理學家有點太保守了。換句話說，他們害怕做一些主流之外的事情，他們害怕冒了險還得不到好結果。我不是責備他們，文化就是這樣。我給他們的建議是：去找出那些最重要的實驗，然後堅持下去。好的實驗往往需要花點時間。

Q：但不是每個人都等得起。

吳：是的。年輕的學生並不一定有大膽創新的自由，除非他們能很快做出成績。他們也不是總能保持耐心，全心探索。他們需要被合作者賞識，需要有人為他們寫推薦信。

你能做的只有一件事：努力。但我也告訴我的學生：「要多交流，不要把自己封閉起來。試著獨立提出好的想法，也可以團隊合作。嘗試創新。任何事情都不容易，但只要能發現新東西，所有這一切也就值得了。」

https://www.wired.com/story/meet-the-woman-who-rocked-particle-physicsthree-times/?mbid=nl_072318_daily_list_p

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