Chien-Shiung Wu (Shanghai, 31 mei 1912 – New York City, 16 februari 1997) was een Chinees-Amerikaanse natuurkundige, gespecialiseerd in radioactiviteit en kernfysica. Wu werkte onder meer aan het Manhattan Project tijdens WOII. Ze speelde ook een belangrijke rol bij de ontdekking van pariteitsschending in de zwakke wisselwerking, een onderzoek waarvoor de Chinese theoretisch natuurkindigen Lee en Yang (waar Wu mee samenwerkte) in 1957 de Nobelprijs voor natuurkunde in ontvangst mochten nemen. Wu kreeg tijdens en na haar carrière diverse bijnamen waaronder 'First Lady of Science', 'Madame Curie of China' and 'Queen of Nucleair Research'.

Opgroeien in China

Chien-Shiung Wu - bron ladieslovescience tumblr comChien-Shiung Wu werd in 1912 geboren in Shanghai als dochter van Wu Zhongyi en Fan Fuhua. Ze groeide op in Liuhe in de provincie Jiangsu, ten noorden van Shanghai. Wu's vader was een openlijk voorstander van gelijke rechten voor mannen en vrouwen. Zo richtte hij onder meer ook de Mingde Vocational Continuing School for Women op. Chien-Shiung Wu zou er haar lagere schoolcarrière doorbrengen, tot ze op elfjarige leeftijd naar de Suzhou Women's Normal School No. 2 transfereerde. Deze laatste school was een internaat waar zowel de lerarenopleiding voorzien werd alsook regulier secundair onderwijs. Wu zou er als primus van de klas zowel haar secundair alsook haar lerarendiploma behalen.

Na haar secundaire schoolcarrière werd Wu in 1929 toegelaten tot de National Central University in Nanjing. Voordat ze van start kon gaan, moest ze echter eerst een jaar lesgeven. Het was in die tijd namelijk verplicht dat studenten die van de lerarenopleiding naar de universiteit wensten over te stappen eerst een jaar zelf les gaven. Wu deed dit op de Public School of China in Shanghai. Na haar verplicht jaar lesgeven, studeerde Wu van 1930 tot 1934 aan de NCU. Ze begon haar studie in wiskunde, maar maakte niet veel later de overstap naar fysica.

Toen in 1934 haar bacheloropleiding ten eind was, bleef Wu twee jaar lang actief als graduaatsonderzoeker en assistent in de fysica in het Chinese universiteitsleven. Ze ging aan de slag bij het Institute of Physics van de Academia Sinica (Tapei, Taiwan) en werkte onder meer samen met Gu Jing-Wei, één van de weinige vrouwelijke professoren in China in die tijd. Gu Jing-Wei had zelf haar doctoraat behaald in de Verenigde Staten (aan de University of Michigan) en moedigde Wu aan hetzelfde te doen. Wu's aanvraag aan diezelfde University of Michigan werd goedgekeurd. Haar Amerikaanse avontuur kon beginnen. 

Bron foto: ladieslovescience.tumblr.com

"Atomen hebben geen voorkeur voor vrouwelijke of mannelijke onderzoekers"

In die tijd gebeurde de overzet van China naar de VS nog met boot en misschien maar gelukkig voor Wu. De boot kwam namelijk aan in San Francisco. Wu nam er de tijd om de University of California in Berkeley te bezoeken. Ze ontmoette er fysicus Luke Chia-Liu Yuan, een kleinzoon van Yuan Shikai (de eerste president van de Republiek China en zelfbenoemde keizer van China). Yuan gaf Wu een rondleiding op de campus en toonde haar het Radiation Laboratory, waarvan de directeur Ernest O. Lawrence was (die niet veel later - in 1939 - de Nobelprijs voor natuurkunde zou winnen voor zijn uitvinding van de cyclotron deeltjesversneller). Wu stond versteld, ook over het feit dat dit alles zomaar ter haar beschikking stond. Ze had namelijk gehoord dat aan de University of Michigan vrouwen wel degelijk konden studeren, maar dat er wel andere regels golden. Zo was het hen niet toegestaan ​​om de voordeur te gebruiken. Hierop besloot ze dat ze haar studies liever in Berkeley zou volbrengen. Ook daar kreeg Wu een positief antwoord op haar aanvraag.

Met Ernest O. Lawrence als haar supervisor, werkte Wu nauw samen met Emilio Segrè (een Italiaanse fysicus die in 1959 de Nobelprijs voor natuurkunde zou krijgen). Het proefschrift dat ze voorstelde aan de University of California bestond uit twee afzonderlijke delen. Het eerste deel handelde over remstraling (de elektromagnetische straling die ontstaat door de vertraging van een geladen deeltje wanneer dat afgebogen wordt door een ander geladen deeltje). Wu deed onderzoek naar deze remstraling met behulp van beta-emitterende fosfor-32, een radioactieve isotoop die gemakkelijk geproduceerd wordt in de cyclotron die E. O. Lawrence en zijn broer John H. Lawrence onder meer aan het evalueren waren voor gebruik bij de behandeling van kanker en als een radioactieve tracer. Wu's proefschrift was bij deze het eerste werk waar ze met betaverval aan de slag ging, een onderzoekstak waarin ze later een autoriteit zou worden. Het tweede deel van het proefschrift had als onderwerp de productie van radioactieve isotopen van Xenon geproduceerd door de kernsplitsing van uranium met 37-inch en 60-inch cyclotrons bij het Radiation Laboratory. Wu voltooide haar PhD in juni 1940, maar ondanks zowel Lawrence's en Segrè's aanbevelingen kon ze geen vaste positie veilig stellen aan de universiteit. Ze bleef na dit verdict werken op het Radiation Laboratory als een post-doctoral fellow. Wu ervoer gedurende haar tijd (als student en later als onderzoeker en professor) meermaals vooroordelen en terughoudendheid ten aanzien van zowel vrouwen als mensen van Aziatische oorspong; vooral in het aanstellen van vaste en goedbetaalde posities en onderzoek.

Vele jaren later, in 1964, sprak ze zich openlijk uit tegen seksediscriminatie op een symposium aan het Massachusetts Institute of Technology. Zo zou ze het volgende gezegd hebben: "I wonder whether the tiny atoms and nuclei, or the mathematical symbols, or the DNA molecules have any preference for either masculine or feminine treatment". Telkens wanneer ze door iemand werd aangesproken als Professor Yuan (de naam van haar man), corrigeerde ze hen openlijk door te zeggen dat ze Professor Wu was. Pas in 1975, na jarenlange dienst op de Columbia University kreeg ze het bestuur zover om haar hetzelfde loon te geven als haar mannelijke collega's. Ook de officiële titel van 'hoogleraar fysica' kreeg ze pas in 1958 toegekend - alhoewel ze die functie al gedurende enige tijd uitoefende.

Wu pleitte openlijk naar andere vrouwen toe om te volharden in het nastreven van een loopbaan in de wetenschappen ondanks de vele hindernissen die ook vrouwen na haar nog zouden ervaren. Zo zou ze hierover onder meer volgende uitspraak hebben gedaan: “There is only one thing worse than coming home from the lab to a sink full of dirty dishes, and that is not going to the lab at all”.

Princeton University + deelname aan het Manhatten Project

Chien-Shiung Wu - bron history comIn 1942 trouwde Wu met Luke Chia-Liu Yuan, de fysicus die haar bij aankomst in de VS ter rondleiding het Radiation Laboratory had laten zien. Later (in 1947) zouden ze samen een zoon krijgen, Vincent, die ook natuurkundige zou worden. Yuan en Wu verhuisden na hun huwelijk naar het oosten van de VS, waar Wu aan de slag kon als docent aan Smith College, een prestigieus privécollege voor vrouwen in Northampton (Massachusetts). Ondanks de hoge positie die ze hier wel kreeg, vond Wu het werk eerder frustrerend. Haar taken bestonden namelijk enkel uit lesgeven. Ze kreeg nergens de mogelijkheid om verder onderzoek te doen. Wu deed hierop beroep op haar gewezen supervisor E. O. Lawrence die heel wat aanbevelingsbrieven schreef voor Wu. Smith College wou Wu echter niet kwijt en reageerde hierop door haar universitair hoofddocent te maken en haar salaris te verhogen. Desondanks accepteerde Wu een baan aan de Princeton University in New Jersey als instructeur voor marineofficieren. Ze was de eerste vrouw die daar aan de natuurkunde-afdeling les mocht geven. Ze zou later ook als eerste vrouw een eredoctoraat van Princeton in ontvangst mogen nemen.

In maart 1944 voegde Wu zich bij het toen zeer geheime Manhattan Project, dat tot doel had de eerste atoombom te ontwikkelen. Wu ging specifiek aan de slag in de Substitute Alloy Materials (SAM) Laboratories aan de Columbia University. Enkel in het weekend keerde ze nog terug naar Princeton. De rol van de SAM Laboratories (die onder leiding stonden van Harold Urey) was het ondersteunen van de gasdiffusieonderdelen (K-25) van het Manhattan Project, toegepast voor de verrijking van uranium. Wu werkte er samen met James Rainwater, een Amerikaans fysicus die in 1975 de Nobelprijs voor natuurkunde zou krijgen.

In september 1944 werd Wu gecontacteerd door de Manhattan District Engineer. Bij de pas in gebruik genomen B-Reactor bij de Hanford Site waren ze op een onverwacht probleem gebotst. De reactor startte op en sloot af op regelmatige tijdstippen. Emilio Segrè die er toen actief was, herinnerde zich het onderzoek dat Wu in Berkeley had gedaan rond de radioactieve isotopen van Xenon. Haar onderzoek werd weer bovengehaald (het was nooit gepubliceeerd) en wat bleek, Xenon-135 was inderdaad de boosdoener.

Chien-Shiung Wu zou de enige persoon met de Chinese identiteit geweest zijn die mee heeft gewerkt aan het Manhattan Project.

Bron foto: history.com

Wu's carrière na Wereldoorlog II : betaverval als focus

In augustus 1945, na het einde van WOII, accepteerde Wu een aanbod als associate research professor aan Columbia University. In het onderzoek dat ze post Manhatten Project zou voeren, focuste Wu voornamelijk op betaverval. De Italiaanse fysicus Enrico Fermi had zijn theorie van betaverval reeds gepubliceerd in 1934, maar een later experiment van de Amerikaanse fysicus Luis Alvarez had resultaten opgeleverd die in strijd waren met Fermi's theorie. Chien-Shiung Wu zou het experiment herhalen om de initiële resultaten van Fermi te verifiëren. Wu had namelijk een sterk vermoeden wat het probleem was bij Alvarez's experiment, namelijk dat een dikke en ongelijkmatige film kopersulfaat werd gebruikt als een koper-64 beta röntgenbron. Het was die bron die de geëmitteerde elektronen energie deed verliezen. Om dit probleem te omzeilen, paste ze een oudere spectrometer (een solenoïde spectrometer) aan haar noden aan. Ze voegde detergent toe aan het kopersulfaat om een dunne en gelijkmatige film te produceren. Door deze toevoeging was Wu in staat aan te tonen dat de door Alvarez waargenomen verschillen het gevolg waren van een fout in zijn experiment; Wu's resultaten waren bijgevolg consistent met de theorie van Fermi.

In het midden van de jaren '50 stelden twee Chinese theoretisch natuurkundigen, Tsung-Dao Lee en Chen Ning Yang, tijdens hun onderzoek een hypothetische wet inzake elementaire deeltjesfysica in vraag, namelijk de "wet van behoud van pariteit". Een voorbeeld van het probleem dat zij zagen was de puzzel van de theta en tau deeltjes, twee ogenschijnlijk verschillend geladen vreemde mesonen. Ze leken zo op elkaar dat zij gewoonlijk werden beschouwd als één en hetzelfde deeltje, maar men kon verschillende modi van verval waarnemen die in twee verschillende toestanden van pariteit resulteerden, wat suggereerde dat de twee alsnog twee van elkaar verschillende deeltjes waren.

Lee en Yang's onderzoek naar de bestaande experimentele resultaten overtuigde hen ervan dat pariteit was voorbehouden aan elektromagnetische interacties en sterke interacties. Wetenschappers waren er vervolgens vanuit gegaan dat dit ook voor zwakke interacties zou gelden, maar dit was nooit effectief getest. Lee en Yang's theoretische studies toonden aan dat het net niet zou gelden voor de zwakke interacties. De twee onderzoekers werkten hierop een potlood-en-papier-ontwerp uit voor een experiment om het behoud van de pariteit in het laboratorium de testen. Lee wendde zich vervolgens tot Chien-Shiung Wu's expertise inzake betaverval. Wu mocht aan de slag met de praktische uitwerken van het experiment: het kiezen en vervolgens uitwerken van de juiste hardware, de set-up en de laboratoriumprocedures voor de effectieve uitvoering van het experiment. Het experiment zou bekend worden als "het Wu experiment".

Lee en Yang's theoretische berekeningen voorspelden dat de beta-deeltjes uit kobalt-60 atomen asymmetrisch zouden worden uitgestoten en dat de hypothetische "wet van behoud van de pariteit" ongeldig zou blijken. Wu's praktische experiment met kobalt-60 bevestigde deze theorie: de pariteit blijft niet behouden onder zwakke nucleaire interacties. Uit het experiment bleek dat het theta en tau deeltje inderdaad hetzelfde deeltje zijn. Het is vandaag gekend onder de neem kaon, K+. Het resultaat van Wu's experiment werd snel bevestigd door collega's aan de Columbia University. Later werden de resultaten van Wu's experiment gepubliceerd in twee research papers, waarna de resultaten ook op heel wat andere laboratoria en in diverse los van elkaar staande experimenten werden bevestigd.

De ontdekking van pariteitsschending (of 'parity violation') was een belangrijke bijdrage aan de deeltjesfysica en de ontwikkeling van een tot op heden belangrijke theorie binnen de natuurkunde, de Standard Model Theory. In erkenning van hun theoretische werk mochten Lee en Yang in 1957 de Nobelprijs voor natuurkunde in ontvangst nemen. Wu werd hierbij niet mee gehuldigd; volgens vele van haar collega-natuurkundigen onterecht.

Chien-Shiung Wu's onderzoek word tot op heden aangeduid als één van de belangrijkste ontwikkeling op het gebied van de atoom- en kernfysica.

Link: meer over het Wu experiment.

Andere belangrijke experimenten onder leiding van Wu

Naast het experiment dat leidde tot de ontdekking van pariteitsschending, voerde Wu in haar latere carrière nog een aantal belangrijke experimenten uit. Zo onderzocht en bevestigde ze in 1963 de zogenaamde Conserved Vector Current hypothesis van Richard Feynman en Murray Gell-Mann. Ook dit experiment bleek een mijlpaal op weg naar de Standard Model Theory. Het experiment bracht namelijk een universele vorm van Fermi's betaverval theorie naar voren. Een ander experiment van Chien-Shiung Wu bevestigde de berekeningen die E. M. L. Pryce en John Clive Ward hadden gedaan over de correlatie van quantum polarisaties van twee fotonen die zich in tegengestelde richtingen voortplanten. Daarnaast voerde Wu in de jaren '60 ook belangrijk onderzoek uit rond (de oorzaken van) sikkelcelziekte, magnetisme en het zogenaamde Mössbauereffect. In 1966 bracht ze samen met Steven Moszkowski een handboek uit rond betaverval. Het boek, getiteld Beta Decay, is tot op heden een standaardwerk in opleidingen natuurkunde.

De Amerikaanse nationaliteit

Chien-Shiung Wu - bron columbia eduNa een lange periode van geslotenheid tussen China en de VS (waarin Wu geen contact meer had met haar familie en ook niet meer naar China terugkeerde), werd de communicatie na WOII opnieuw hersteld. Haar plannen om naar China af te reizen vielen echter al snel weer in het water door het (her)uitbreken van de Chinese burgeroorlog (1945-1950) en de geboort van haar zoon Vincent (1947). Daarbij kwam dat in 1949 de Communisten aan de macht kwamen in China en Wu's vader haar daarop aandrong niet terug te keren naar China. Doordat Wu's paspoort was uitgereikt door de Kuomintang-regering kreeg ze het daarna moeilijk om naar het buitenland te reizen. Dit leidde uiteindelijk tot haar beslissing om het Amerikaans staatsburgerschap aan te vragen, wat ze ook deed in 1954. Pas in 1973 zou ze opnieuw voet zetten op het Chinese vasteland.

Wu zou voor de rest van haar carrière aan de Columbia University les blijven geven. Ze werd er universitair hoofddocent in 1952, hoogleraar in 1958 en de Michael I. Pupin hoogleraar natuurkunde in 1973. In 1975 werd Wu de eerste vrouwelijke president van de American Physical Society.

Chien-Shiung Wu ging in 1981 op pensioen en stierf 16 jaar later, in 1997, aan een hartaanval.

Bron foto: columbia.edu

Erkenning

Ondanks dat Wu niet mocht delen in de Nobelprijs voor natuurkunde in 1957 kreeg ze heel wat andere erkenning voor haar werk. Zo won Wu in 1975 de Amerikaanse National Medal of Science en was ze in 1978 de eerste die de Israëlische Wolfprijs voor natuurkunde in ontvangst mocht nemen. Ze mocht ook als eerste vrouw de National Academy of Sciences’ Comstock Prize in ontvangst nemen. Daarnaast staan onder meer ook volgende prijzen op haar naam: 

  • Research Corporation Award in 1958
  • Industrial Research Scientist of the Year in 1974
  • Columbia's Pupin Medal in 1991

Wu werd voorgedragen voor de Amerikaanse National Academy of Sciences in 1958, de Royal Society of Edinburgh in 1969 and the American Academy of Arts and Sciences in 1972. Ze was ook de eerste nog levende wetenschapper naar wie een asteroïde (2752 Wu Chien-Shiung) werd vernoemd (in 1990 - door de Chinese Academy of Sciences). In 1995 richtten vier Taiwanees/Chinese Nobelprijswinnaars (Tsung-Dao Lee, Chen Ning Yang, Samuel Ting, en Yuan Lee) de Wu Chien-Shiung Educational Foundation op in Taiwan, om beurzen te geven aan jonge wetenschappers.

Meer informatie over de WCSE Foundation: http://www.wcs.org.tw/.

Bronnen/Meer lezen

  • Nuclear Physicist Chien-Shiung Wu / Valerie Bodden, 2016
  • Headstrong: 52 Women Who Changed Science and the World / Rachel Swaby, 2015 - RoSa ex.nr.: EII m/0138
  • Madame Chien-Shiung Wu: The First Lady of Physics Research / Tsai-chien Chiang, 2014 / RoSa ex.: T/1329
  • Chien-Shiung Wu: Pioneering Nuclear Physicist / Richard Hammond, 2009
  • Out of the shadows: contributions of twentieth-century women to physics / Nina Byers & Gary Williams, 2006 - RoSa ex.nr.: EII m/0091
  • Super women in science / Kelly Di Domenico, 2002 - RoSa ex.nr.: T/0758
  • Nobel prize women in science : their lives, struggles and momentous discoveries / McGrayne, Sharon Bertsch, 1998 - RoSa ex.nr.: T/0717

 Online: