華裔女科學家研究高能物理50年，能否獲得下一個諾貝爾物理學獎？

物理諾貝爾物理學獎彼得·希格斯威斯康星大學哈佛大學造就 2018-12-16

你得努力，才能學會判斷。

1963年，瑪麗亞·格佩特·梅耶（Maria Goeppert Mayer）因提出原子核殼層模型，榮獲諾貝爾物理學獎。但時至今日，這個領域都沒出過第二位獲獎女性。

在這過去的55年中，很多女性都跟這個獎失之交臂，其中之一就是吳秀蘭。

她是威斯康辛大學麥迪遜分校的恩里科·費米講座傑出物理學教授，也是大型強子對撞機（LHC）所在的歐洲核子研究中心（CERN）的實驗物理學家。這五十年來，吳秀蘭的名字被1000多篇高能物理學論文提及；在該領域最重要的實驗中，她為其中5、6個做出了自己的貢獻。

吳秀蘭在歐洲核子研究中心。牆上畫的，是她和協作者們藉以發現希格斯玻色子的大型強子對撞機。

她甚至實現了年輕時的豪言壯志：作出至少三項重大發現。

1974年，兩個團隊觀察到了J/ψ介子，吳秀蘭是其中一隊不可或缺的成員。這一發現預言了第四種夸克——“粲夸克”——的存在，被稱為粒子物理史上的“十一月革命”，促成了粒子物理標準模型的建立。

七十年代末，科學家在高能正負電子對撞實驗中觀察到三噴注現象，印證了膠子的存在。其中，相當一部分計算與分析工作都由吳秀蘭完成。膠子是一種強核力，將質子、中子束縛在一起。它是繼光子（傳遞電磁力）以來，科學家觀測到的又一種載力子。

2012年，作為標準模型的最後一塊拼圖，希格斯玻色子被發現。對此，涉及大型強子對撞機的兩項協作功不可沒，而其中超環面儀器（ATLAS）協作的領隊之一，就是吳秀蘭。

現如今，她繼續搜尋著新的粒子，以期進一步昇華標準模型，推動物理學進步。

“希格斯玻色子是一種全新類別的粒子，我們最重要的任務，就是理解它的屬性。”

吳秀蘭出生於日佔時期的香港，母親是一位富商的六姨太。在吳秀蘭幼時，她和母親、弟弟一起被父親拋棄，生活一貧如洗，她獨自睡在一家糧店的裡屋。母親不識字，但敦促女兒把書讀好，不要靠男人。

從香港的一所中學畢業後，吳秀蘭申請了美國的50所大學，最後拿到瓦薩學院的獎學金，赴美求學。初抵美國時，她的賬上只有40美元。

吳秀蘭本想成為藝術家，但在居里夫人傳記的激勵下，她轉而攻讀了物理學。接連幾個暑假，她都在紐約長島的布魯克海文國家實驗室做實驗。後前往哈佛讀研，在哈佛，她是那夥人裡唯一的女生。小組討論被安排在男生宿舍，不允許她進入參與。後來，她便努力為所有人爭取物理學領域的立足之地，帶出了60多名博士生——其中有不少女性。

6月初，《量子雜誌》（Quanta Magazine）採訪了吳秀蘭。接受採訪前不久，她剛受邀在紀念標準模型50週年的研討會上發言，介紹膠子的發現。

採訪內容如下：

吳秀蘭在歐洲核子研究中心的辦公室。牆上釘著各種紀念物和照片，包括她和先生、哈佛大學理論物理學教授吳大峻的合影。

您參與了世界上最大規模的實驗，帶了幾十名學生，奔忙於麥迪遜和日內瓦之間。您的日常生活是什麼樣的？

吳秀蘭：很累！從原則上講，我在CERN做的是全職。但我還是常去麥迪遜。所以，我經常兩頭跑。

您是怎麼應付過來的？

吳秀蘭：我想，關鍵在於，我全身心投入了這件事。我先生吳大峻也是教授，他是哈佛的理論物理學教授。這會兒，他的工作比我還忙，真的很難想象。他在做一個希格斯玻色子衰變的計算，非常之難。但我鼓勵他努力工作，因為對歲數大的人來說，這對精神狀態有好處。這也是我努力工作的原因。

在您參與的所有發現中，您有沒有最喜愛哪一項？

吳秀蘭：膠子的發現真的很振奮人心。那時，我還是個工作兩三年的副教授。太開心了，因為我還是個小朋友，是那場協作的核心成員裡最年輕的一個。

膠子是繼光子以來首個被發現的載力子。之後，傳遞弱核力的W及Z玻色子也被發現，發現者得了諾貝爾獎。為什麼膠子的發現沒有得諾貝爾獎？

吳秀蘭：這你得問諾貝爾獎委員會（笑）。不過，可以告訴你我的想法：諾貝爾獎最多同時授予三個人，而這項實驗中，還有三個比我資深的物理學家。他們對我很好，但趕緊尋找膠子是我主張的，計算工作也是我完成的。我甚至沒有跟理論物理學家討論。雖然我先生就是搞理論的，但我從來不聽他們的。

為什麼計算工作是您做的？

吳秀蘭：要成功，你就得快。但光快還不行，你得爭第一。所以，我把計算做完了，這樣在德國漢堡，DESY（德國電子同步加速器研究所）的新對撞機一啟動，我們就能借助三噴注現象，確定那就是膠子。至於這一現象會不會明確無誤，我們並不確定，因為當時，噴注概念才引入沒幾年，但在我眼裡，那是發現膠子的唯一途徑。

您還參與發現了希格斯玻色子——即標準模型中，給其他諸多粒子賦予質量的粒子。這跟您參與的其他實驗有何不同？

吳秀蘭：我在希格斯玻色子上面投入的精力和時間，比我對其他工作的投入都要多。我為此工作了30多年，一個實驗接著一個實驗。我覺得，我為這項發現貢獻了很多。但在CERN，ATLAS協作的規模太大了，你很難討論個人貢獻。我們的實驗有3000人蔘與建立、投入工作。說不清是誰的功勞。要是在從前，事情會簡單一些。

2012年的ATLAS，吳秀蘭和同事們慶祝希格斯玻色子的發現。

女性在物理學界的境遇有沒有得到改善？

吳秀蘭：對我個人而言，沒有。但對年輕一點的女性來說，確實有改善。現在，提供研究經費的機構有一種趨勢，就是鼓勵年輕女性，我覺得這很不錯。但對我這樣的人來說，還是挺艱難的。我經歷過非常困難的一段時期。現在我立穩了腳跟，人家又說：憑什麼要對你另眼相看？

您年輕的時候，跟過哪些導師？

吳秀蘭：在DESY尋找膠子的時候，比約恩·威克（Bjørn Wiik）對我的幫助很大。

為什麼這麼說？

吳秀蘭：初到威斯康辛大學時，我想找一個新項目。我對電子-正電子對撞感興趣，就去找威斯康辛大學的另一位教授，他在斯坦福的SLAC（斯坦福直線加速器中心）做這類實驗。但他不想跟我合作。

於是，我就想加入DESY新建成的電子-正電子對撞機的一個項目，名叫JADE（參與對撞機開發的日本、德國和英國的國名縮寫）。我有幾個朋友在那兒工作，我就去了德國。一切準備就緒，就等著加入了。結果卻得知，沒人跟團隊裡的大教授提起我。我就打電話給他。他說：“我不知道能不能收你。我要去度假了，回來再給你打電話。”我很失落，因為我已經跑到德國的DESY了。

但接著，我就遇到了比約恩·威克，他正帶頭另一個叫TASSO的實驗，他問：“你在這兒幹嘛呢？”我說：“我想加入JADE，但他們把我給拒了。”他說：“來，我們談談。”第二天，他就錄用了我。關鍵在於，後來JADE的設備壞了，根本沒法觀察到膠子的三噴注信號，那是我們在TASSO率先觀察到的。所以我就明白了，一條路走不通的話，還會有另一條。

1978年，德國電子同步加速器研究中心（GES）：吳秀蘭與比約恩·威克在TASSO實驗的電子控制室內

您成功地扭轉了不利局面。

吳秀蘭：是的。我離開香港去美國求學的時候，也發生過同樣的事情。我照著美國領事館提供的一個院校名錄申請了50所大學。每一份申請裡面，我都寫了“我需要全額獎學金加住宿”，因為我沒錢。最後只有四所大學回復，而其中三所拒絕了我。瓦薩是唯一願意收我的。結果，它也是我申請的學校裡最好的。

如果你堅持不懈，總有好事會發生。我的理念是，你得努力，才能學會判斷。但也要有好的運氣。

接下去這個問題不太公平，因為沒有人會問男士（儘管我們也應該問）：這個社會要怎樣做，才能鼓勵更多的女性研究物理學，或考慮將物理學作為職業？

吳秀蘭：我只能針對我所在的領域，也就是高能物理學來說。我覺得，女性從事這個領域的話，很難。一定程度上是家庭問題。

除了每年的暑假，我和先生已經十年沒在一起了。我也放棄了生小孩。在考慮要小孩的年紀，我正在申請終身教職和一筆經費。我怕要是懷孕了，我可能兩樣都拿不到。我倒是不太擔心生小孩，我更擔心的是，懷著孕走進系裡或是去開會。所以，兼顧家庭會很難。

現在可能還是如此。

吳秀蘭：是的，但對年輕一代來說，情況不太一樣了。現在哪個院系要是支持女性，就會顯得很有光彩。我並不是說，院系刻意為了光彩而這樣做，而是說，他們已經不主動跟女性過不去了。但還是很難，尤其是在高能實驗物理學領域。出差太多，家庭或生活很難兼顧。搞理論就會輕鬆很多。

2016年出版的《50個改變世界的女科學家》（Women in Science: 50 Fearle

吳秀蘭的事蹟被收錄其中。

您為粒子物理標準模型的建立作出了卓越貢獻。其中，您喜歡與不喜歡的地方分別是什麼？

吳秀蘭：標準模型很準，這一點是很神奇的。每次我們去找標準模型沒有解釋的東西，都會無功而返，因為標準模型說了，這個東西是找不到的。

但那個時候，要發現和確立的東西實在太多了。現在的問題在於，一切都契合得很好，標準模型一再地得到證實。所以我才想念J/ψ介子被發現的年代。它出乎了所有人的預料，沒有人預想到它是啥。

但也許，這個驚喜的時代並未完全結束。

我們知道，標準模型並不是對自然的完整描述。它並未解釋引力、中微子質量，抑或是暗物質這種構成宇宙質量約七分之六的不可見物質。在標準模型之外，您有什麼最看好的概念嗎？

吳秀蘭：現在，我在尋找構成暗物質的粒子。我一頭紮在CERN的大型強子對撞機的工作裡。但是，對撞機是尋找暗物質的最佳場所嗎？也許是，也許不是。暗物質就在那裡，就在星系裡面，但在地球上，我們看不到它。

但我還是會嘗試。只要暗物質跟已知粒子有所互動，我們就可以在LHC的對撞中把它製造出來。但弱相互作用暗物質不會在ATLAS探測器中留下可見的標記，所以，我們只能從實際觀測到的結果中，推測出它的存在。目前，我正藉助產生單個希格斯玻色子的對撞，從缺失的能量和動量中，尋找暗物質的蹤跡。

除此之外，您還從事哪些工作？

吳秀蘭：希格斯玻色子是一種全新類別的粒子，我們最重要的任務，就是理解它的屬性。它比已知任何粒子都更對稱；這是我們發現的第一種無任何自旋的粒子。就在最近的希格斯玻色子與頂夸克互動的測量中，我和我的團隊都是主要的貢獻者。這一觀測極具挑戰性。我們檢查了五年的對撞數據，我的團隊大量運用了先進的機器學習技術和統計學。

除了研究希格斯玻色子和搜尋暗物質，我和我的團隊還參與ATLAS探測器的硅像素探測器、觸發系統（鑑別可能值得探究的對撞）和計算系統的工作。我們正在LHC關停並升級期間對這些系統作出改進。在不遠的將來，我們還計劃用量子計算來進行數據分析，這是很激動人心的一件事。