berita

Baru-baru ini, Universitas Bristol di Inggris menganugerahkan gelar doktor kehormatan kepada Rosemary Fowler yang berusia 98 tahun. Selama studi PhD-nya, ia menemukan proses peluruhan partikel yang dianggap aneh pada saat itu. pemicu) penulisan ulang fisika." "Hukum Peristiwa"; itu juga alasan yang membuat Li Zhengdao dan Yang Zhenning berpikir tentang apakah paritas dapat dipertahankan. Namun Rosemary Fowler meninggalkan dunia akademis karena alasan keluarga, dan karyanya yang luar biasa jarang disebutkan sejak saat itu. Kini, almamaternya mengakui kontribusinya atas nama dunia.

Disusun |. Liu Hang

75 tahun yang lalu, sebuah penemuan yang tampaknya tidak diketahui dalam fisika partikel menyebabkan fisikawan memikirkan kembali kesimetrian alam yang paling mendasar. Penemunya adalah Rosemary Fowler yang berusia 98 tahun(Rosemary Fowler, 1926-)Ms, yang baru-baru ini dianugerahi gelar kehormatan Doctor of Science oleh almamaternya, Universitas Bristol, telah melepaskan gelar PhD-nya karena alasan keluarga. Paul Nurse, Wakil Rektor Universitas Bristol dan pemenang Hadiah Nobel(Paul Perawat)Upacara penganugerahan gelar diadakan untuknya secara langsung. Di Bristol, penemuannya tentang peluruhan meson K menjadi tiga meson π pada akhirnya membawa revolusi dalam teori fisika partikel;AlamMajalah tersebut menggambarkan penemuannya sebagai "peristiwa yang mengubah hukum fisika".

Rosemary Fowler dianugerahi gelar doktor kehormatan |. Sumber: davidjohnsonphotographic.co.uk

Penemuan sinar kosmik

Dekade-dekade sebelum dan sesudah Perang Dunia II merupakan periode berkembangnya penemuan partikel. Pada tahun 1930-an, dengan berkembangnya neutron dan muon(Lepton generasi kedua)dan penemuan partikel antimateri pertama, positron, daftar partikel subatom telah berkembang jauh melampaui elektron dan proton. Saat itu Universitas Bristol memiliki tim fisika sinar kosmik terkemuka di dunia, di bawah kepemimpinan Cecil Powell(Cecil Powell, 1903-1969)Di bawah kepemimpinan profesor, laboratorium menyempurnakan teknologi penggunaan film fotosensitif untuk mempelajari sinar kosmik. Sebelumnya, karena sensitivitas lateks yang rendah, ia hanya dapat merekam jejak beberapa partikel dengan energi lebih rendah dan ionisasi lebih tinggi, sehingga mudah untuk melewatkan partikel dengan energi lebih tinggi dan ionisasi lebih rendah, sehingga mengurangi kemungkinan menemukan partikel baru. Powell dan kolaboratornya meningkatkan sensitivitas lateks dan meningkatkan ketebalan lateks, menyebabkan partikel bermuatan terionisasi ketika melewati lateks. Setelah berkembang, partikel tersebut tampak sebagai butiran hitam dan meninggalkan jejak. Kelompok eksperimen Powell bekerja keras untuk menemukan partikel elementer baru dari sinar kosmik.

Pada tahun 1947, Cecil Powell membenarkan hal iniπKeberadaan meson, partikel paling ringan dalam keluarga meson. Pada awal tahun 1934, fisikawan Jepang Hideki Yukawa（Hideki Yukawa,1907-1981）Itu sudah diprediksiπmeson. Yukawa berhipotesis bahwa proton dan neutron saling tarik menarik melalui medan tertentuπMeson, yang berfungsi sebagai pembawa gaya nuklir kuat—sisa interaksi interaksi kuat.(Meson terdiri dari sepasang quark positif dan negatif, dan interaksi kuat antara quark ditransmisikan melalui gluon.)

Pada bulan Desember 1947, George Rochester dari Universitas Manchester, Inggris(George Rochester, 1908-2001)dan Clifford Butler(Clifford Butler, 1922-1999)Mendorong penelitian meson ke tahap baru. Mereka dengan cermat menganalisis 5.000 foto ruang awan dan menemukan apa yang disebutθpartikel aneh—meson yang netral secara listrik yang meluruh menjadi duaπmeson. Beberapa bulan kemudian, Rosemary menemukan partikel yang sangat mirip dengan partikel theta.

Pada tahun 1948, Rosemary yang berusia 22 tahun menjadi mahasiswa doktoral di kelompok Cecil Powell. Pekerjaan penelitiannya adalah mengamati foto lateks cahaya yang terkena sinar kosmik di laboratorium ketinggian Jungfraujoch di Swiss, dan mempelajari proses reaksi partikel berenergi tinggi dengan menganalisis jejak partikel dalam foto lateks. Dia menemukan sesuatu yang tidak biasa – satu membusuk menjadi tigaπPartikel eksotik dari meson. Dia kemudian mengenang: "Saya langsung tahu bahwa ini adalah penemuan baru dan ini penting. Kami melihat hasil yang belum pernah kami lihat sebelumnya." Jejak yang dia amati kemudian diberi label "k-track" dan tidak diketahui Buktinya untuk partikel, kemudian dikenal sebagaiτmeson.

Yang membingungkan, tau meson tersebut seharusnya adalah yang pernah dilihat tim Manchester sebelumnyaθBayangan cermin dari sebuah partikel yang tampak identik dalam segala hal: massa yang sama, putaran yang sama, dll. Namun mereka membusuk dengan cara yang sangat berbeda:τMeson meluruh menjadi tigaπmeson, danθmembusuk menjadi duaπmeson. Penemuan Rosemary tampaknya mematahkan "simetri cermin", atau "simetri paritas", yang mana kedua proses tersebut memiliki paritas yang berlawanan.

Jalur sinar kosmik "tau" ditemukan oleh Rosemary Fowler. "τ meson" meluruh di titik A menjadiπ++π++π-，π-Kemudian pecah di titik B.丨Sumber gambar: Alam, 163, 82(1949).

Pada masa awal pengembangan akselerator partikel, metode pengambilan foto lateks sinar kosmik ini merupakan metode eksperimental utama untuk mempelajari fisika partikel energi tinggi. Rosemary yakin akan penemuannya, dan tim peneliti melakukan analisis mendalam. “Banyak pengukuran dan perhitungan yang harus dilakukan sebelum penemuan ini dapat dipublikasikan. Kami tahu ini adalah penemuan penting, jadi kami bekerja sangat keras untuk menyelesaikan semuanya secepat mungkin,” kata Rosemary.

Rosemary dan yang lainnya menulis tiga makalah dalam waktu singkat, dua di antaranya diterbitkan di jurnal "Nature" pada bulan Januari 1949. Rosemary adalah penulis pertama dan menggunakan nama belakangnya Brown.(R. Coklat). Hal ini sesuai dengan konvensi pengurutan abjad makalah fisika partikel dan menggambarkan kontribusi besarnya terhadap pekerjaan ini. Dan apa yang sebenarnya menjelaskan hal menjengkelkan ini"θ-τParadoksnya, fisikawan partikel menghabiskan waktu hampir satu dekade.

Rusaknya Simetri Cermin

Sebelumnya, hukum fisika diyakini bersifat simetris, yang berarti bahwa bayangan cermin dari setiap proses fisik juga merupakan proses fisik yang mungkin terjadi. Penemuan Rosemary membangkitkan minat para ilmuwan, yang mulai mempelajari lebih dalam "paritas" - sebuah simetri yang sebelumnya dianggap sebagai sifat dasar alam.

Dalam fisika partikel, paritas dinyatakan sebagai bilangan kuantum yang menggambarkan perilaku suatu partikel atau medan ketika sumbu koordinat ruang dibalik. Paritas total dihitung dengan mengalikan jumlah paritas semua partikel yang terlibat dalam tahapan proses yang berbeda. Jika paritas dilestarikan, maka paritas total tidak dapat berubah.

πParitas meson adalah -1, ditemukan oleh RosemaryτMeson meluruh menjadi keadaan akhir tiga meson, dan paritasnya juga harus -1. TetapiθParitas keadaan akhir meson ganda yang membusuk adalah +1. Jika paritas dipertahankan, maka partikel awal dalam kedua proses juga harus mempunyai paritas yang berbeda dan oleh karena itu merupakan jenis partikel yang berbeda. Namun tidak ada teori yang dapat menjelaskan mengapa dua jenis partikel berbeda memiliki massa yang persis sama. ini terkenalθ-τmisteri.

Pada saat itu, banyak kelompok kolaboratif mengikuti jejaknya, mempelajari foto ruang awan dengan cermat, dan menggunakan balon cuaca untuk mengirimkan sejumlah besar fotosensitif lateks negatif ke atmosfer untuk menemukanτTanda-tanda pembusukan meson. Pada tahun 1953, fisikawan telah mengamati total 11 kasus. Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley(Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley)Akselerator partikel besar Bevatron mulai beroperasi pada tahun 1954 dan memproduksi 35 unit pada tahun 1955. Akselerator partikel besar menyediakan metode penelitian penting lainnya selain sinar kosmik untuk penelitian fisika partikel. Dalam prosesnya, para ilmuwan memperkenalkan konvensi penamaan baru: partikel eksotik yang pertama kali ditemukan disebut K meson, sedangkanθDanτlalu lihat peluruhannya masing-masing menjadi dua dan tigaπPola meson.

Melalui pengukuran yang lebih tepat, dipastikan bahwa massa kedua jenis meson K tersebut memang sama, itulah yang membuatθ-τMisterinya menjadi semakin membingungkan. Pada bulan April 1956, fisikawan partikel mengadakan pertemuan di Rochester, New York, untuk membahas K meson dan beberapa partikel membingungkan dan eksotik lainnya yang ditemukan selama periode tersebut. Meski Rosemary dan Powell tidak hadir dalam pertemuan tersebut, Gell-Mann（Murray Gell-Mann,1929-2019）Feynman(Richard Feynman, 1918-1988)Beberapa ilmuwan terkemuka menghadiri pertemuan tersebut. Dalam ingatan Gell-Mann, Feynman dan eksperimentalis Martin Block(Martin Blok, 1925-2016)Tinggal di sebuah ruangan, Block bertanya kepadanya: “Bagaimana jika paritas tidak dilestarikan? θDanτBukankah itu partikel yang sama? “Feynman juga mengangkat masalah ini dalam pertemuan tersebut.

Foto diambil dari Fakultas Fisika Universitas Bristol Di foto, di sisi kiri barisan belakang, bersandar pada pilar, adalah Rosemary.丨Sumber: Universitas Bristol

Ternyata tidak ada yang bisa membuktikan konservasi paritas, terutama dalam interaksi lemah seperti peluruhan. Li Zhengdao dan Yang Zhenning juga berpartisipasi dalam pertemuan itu. Setelah melakukan penelitian yang cermat, mereka menemukan bahwa pada kenyataannya, apakah paritas dipertahankan dalam interaksi yang lemah belum diuji. Pada bulan Oktober tahun yang sama, mereka menerbitkan sebuah makalah dan mengusulkan beberapa eksperimen spesifik. untuk memeriksa apakah paritas dipertahankan. Pada awalnya, makalah mereka dipertanyakan karena konservasi paritas telah menjadi pandangan umum sebagian besar fisikawan sejak lama; Feynman bahkan bertaruh 50 kali melawan nonkonservasi paritas. Pada tahun 1956, Li Zhengdao mendiskusikan masalah terkait dengan Wu Jianxiong, salah satu ahli paling berwibawa di bidang pembusukan di dunia pada saat itu, dan Wu Jianxiong memutuskan untuk melakukan eksperimen. Karena pentingnya eksperimen ini, Wu Jianxiong membatalkan rencana perjalanannya kembali ke Tiongkok untuk mengunjungi kerabatnya dan mengorganisir tim eksperimen untuk memulai pekerjaan eksperimental yang mendetail. Dengan mengamati peluruhan beta kobalt-60, mereka menemukan bahwa sebagian besar elektron akhir dipancarkan ke arah yang berlawanan dengan polarisasi kobalt-60. Dalam percobaan Wu, medan magnet yang kuat mempolarisasi arah momentum sudut, yaitu arah putaran, dan pada prinsipnya tidak membatasi arah pergerakan elektron akhir. Oleh karena itu, jika paritas dipertahankan, keadaan akhir elektron, yaitu yang dipancarkanβArah sinar harus mempunyai kemungkinan yang sama terhadap arah positif dan negatif dari arah polarisasi nuklir. Eksperimen tersebut hanya mendeteksi sinar yang berlawanan arah dengan polarisasi nuklir, sehingga mereka dapat menyimpulkan bahwa konservasi paritas tidak berlaku dalam interaksi lemah.(Catatan Editor: Lihat "Paritas non-konservasi dan eksperimen Wu yang dapat dipahami oleh siswa sekolah menengah")Sejak itu, lebih banyak hasil eksperimen menyusul, hingga paritas non-konservasi dalam interaksi lemah tidak dapat disangkal.

Jawaban atas teka-teki ini adalah bahwa kedua meson K adalah partikel yang sama, dan paritas bukanlah kesimetrian mendasar dari interaksi lemah di alam.

Eksperimen Wu Jianxiong sangat cerdik. Dia juga berhasil membuktikan bahwa alam merusak simetri lain - C(konjugasi muatan)Simetri, artinya jika semua partikel yang berinteraksi digantikan oleh antipartikelnya, maka prosesnya akan terjadi dengan cara yang sama. Penemuan ini menyadarkan para fisikawan bahwa tidak hanya konservasi paritas, tetapi juga hipotesis kesimetrian lain di alam perlu diuji secara akurat. "CP" - kombinasi konservasi muatan dan konservasi paritas, dianggap terbentuk pada saat itu, namun kemudian terbukti musnah dalam eksperimen peluruhan meson K tahun 1964. Pelanggaran CP memiliki makna yang lebih dalam daripada pelanggaran paritas, dan ini mungkin terkait dengan fakta bahwa terdapat lebih banyak materi daripada antimateri di alam semesta.

Pengabaian konservasi paritas berdampak besar pada fisikawan. Penemuan Rosemary telah mengubah jalur perkembangan fisika partikel. Pemahaman masyarakat tentang partikel elementer dan interaksinya, terutama konsep dasar simetri, telah mengalami perubahan yang mengejutkan. Saat ini, fisikawan masih menggunakan berbagai eksperimen untuk mempelajari pemecahan simetri dalam peluruhan partikel, mencari fisika baru di luar Model Standar fisika partikel.

Efek "Matilda".

Kisah Rosemary menimbulkan pertanyaan: Mengapa hanya sedikit orang yang mendengar tentang dia? Salah satu alasannya mungkin karena kesetaraan gender sulit dicapai di sebagian besar departemen fisika dan bahkan komunitas ilmiah pada masanya. Laboratorium Powell adalah pengecualian. Selama perang, ketika laki-laki diharuskan untuk bertugas di militer, metode ilmiah baru sedang dikembangkan di laboratorium Powell: pencitraan sinar kosmik menggunakan teknologi fotosensitifitas lateks, sebuah upaya padat karya. Laboratorium Powell mengumpulkan sejumlah besar foto sinar kosmik, dan dia menyewa banyak pemindai.(kebanyakan dari mereka adalah wanita)Dengan susah payah menelusuri foto-foto tersebut, membawa sesuatu yang tidak biasa atau menarik bagi seorang fisikawan untuk dianalisis lebih lanjut.

Rosemary Fowler bukanlah pemindai. Dia adalah salah satu dari sedikit wanita yang diundang untuk belajar PhD di bidang fisika, dan dia menerima gelar sarjana kelas satu - sebuah pencapaian yang tidak biasa bagi siapa pun, terutama pada masa itu. Rosemary menunjukkan bakat luar biasa dalam sains setelah bersekolah. Dia pandai matematika tetapi tidak terlalu tertarik menulis. Ini mungkin karena ayahnya adalah seorang insinyur Angkatan Laut Kerajaan Inggris. Dia menjadi satu-satunya gadis di kelasnya yang masuk perguruan tinggi, dan akhirnya menjadi mahasiswa pascasarjana Powell dengan transkrip yang indah.

Karena cerdas dan tegas, ia hanya mengambil cuti dua hari setelah bergabung dengan tim dan mulai bekerja pada bulan Juni 1947. Ketika dia menemukan pembusukan meson "tau", orang pertama yang dia beri tahu adalah rekan mahasiswa doktoralnya Peter Fowler.(Peter H. Fowler). “Kami menghabiskan beberapa waktu mengamati dan berpikir, menikmati momen penemuan. Lalu saya ceritakan kepada yang lain,” ujarnya. Pelopor fisika nuklir Ernest Rutherford(Ernest Rutherford, 1871-1937)cucu, pelopor fisika kuantum Ralph Fowler(Ralph H. Fowler, 1889-1944; mentor Dirac)Putranya, Peter Fowler, adalah seorang fisikawan muda brilian yang diakui. Dia tiga tahun lebih tua dari Rosemary tetapi masuk sekolah setahun setelahnya, studinya terganggu oleh dinas militer. Keduanya menikah pada tahun 1949, saat itu Rosemary memutuskan untuk meninggalkan dunia akademis. Dengan dukungan kuat Rosemary, suaminya, Peter Fowler, melanjutkan kariernya yang sangat cemerlang, mencapai hasil penting dalam eksperimen deteksi sinar kosmik.

Ketika ditanya mengapa dia meninggalkan karir di dunia akademis tanpa menyelesaikan gelar PhD setelahnya, jawaban Rosemary bersifat pragmatis. Hidup di era kekurangan pangan dan perumahan yang sulit, ketiga putrinya membutuhkan perawatan dan dukungan, jadi dia memutuskan untuk membiarkan Peter Fowler terus bekerja di bidang fisika. Dia pikir ini adalah pengaturan terbaik. Putri Rosemary, Mary Fowler(Mary Fowler)Mengingatkan: “Sebagai seorang anak saya ingin menjadi seorang fisikawan, kedua orang tuanya adalah fisikawan dan fisika dan penelitian adalah topik pembicaraan di dapur! Rosemary memengaruhi kami semua – kami semua bersemangat tentang sains dan matematika lakukan itu." Dia sekarang adalah ahli geofisika terkemuka dan mantan presiden Darwin College, Cambridge. Karena Rosemary Fowler memiliki keterbatasan mobilitas, maka upacara pemberian gelar diadakan di Darwin College, Cambridge.

Seiring berjalannya waktu, dalam berbagai publikasi, kontribusi Rosemary sering kali dikaitkan dengan suaminya atau Powell. Namun Powell secara eksplisit mengakui kontribusi besar Rosemary terhadap penemuan ini. Namun hal ini tampaknya menjadi contoh efek "Matilda", di mana kontribusi ilmuwan perempuan sering kali diabaikan atau dikaitkan dengan rekan laki-laki mereka.[Efek Matilda dinamai penulis dan aktivis Amerika Matilda Joslyn Gage. Pada tahun 1870, ia menulis sebuah buku berjudul "Wanita sebagai Penemu" (Wanita sebagai Penemu) pamflet yang mengecam pandangan yang tersebar luas pada saat itu bahwa perempuan kurang memiliki kreativitas dan bakat ilmiah. ]

Rosemary bukan satu-satunya ilmuwan yang kontribusinya diremehkan. Powell memenangkan Hadiah Nobel Fisika tahun 1950 karena menemukan pion menggunakan teknologi lateks fotosensitif, namun penemu teknologi tersebut, fisikawan Austria Marietta Blau,(Marietta Blau, 1894-1970)Kontribusinya diabaikan, meskipun ia kemudian berkali-kali dinominasikan sebagai kandidat Hadiah Nobel oleh fisikawan India Biba Chaudhry;（Bibha Choudhuri,1913-1991）Bukti adanya pion juga muncul dalam makalah yang diterbitkan di Nature selama Perang Dunia II, dan karyanya bahkan kurang dikenal dibandingkan karya Blau...

Kini, 75 tahun setelah penemuan Rosemary, ia dianugerahi gelar doktor kehormatan, membuktikan bahwa masyarakat akan selalu mengingat kontribusi pentingnya.

Referensi

[1] https://www.nature.com/articles/d41586-024-00109-5.

[2] https://www.bristol.ac.uk/news/2024/july/female-physics-pioneer-honoured.html.

[3] https://www.nature.com/articles/163082a0

[4]https://www.nature.com/articles/163047a0

[5] https://www.independent.co.uk/news/obituaries/obituary-professor-peter-fowler-1352277.html