Dự án tuyệt mật Manhattan của nữ nhà khoa học làm đảo lộn ngành vật lý

Chien-Shiung Wu là nữ nhà khoa học người Mỹ gốc Trung Quốc, sự nghiệp nghiên cứu khoa học của bà đã để lại nhiều thành tựu to lớn cho nhân loại, đặc biệt trong lĩnh vực hạt nhân.

Chính bà là người đã có những đóng góp quan trọng cho việc phát triển bom nguyên tử của Hoa Kỳ khi Chiến tranh Thế giới thứ hai nổ ra.

Một dự án tuyệt mật

Năm 1939, Chiến tranh Thế giới thứ 2 bắt đầu bùng nổ, nhưng phải đến sự kiện Trân Châu Cảng trên đảo Oahu (Hawaii, Mỹ) xảy ra vào ngày 7/12/1941, Hoa Kỳ mới chính thức tham gia vào cuộc chiến chống phát xít.

Trước đó, nước này đã lên một kế hoạch tuyệt mật phát triển bom nguyên tử có tên "Dự án Manhattan".

Nhà vật lý người Ý, Enrico Fermi là người đầu tiên đưa ra ý tưởng sử dụng phản ứng tổng hợp hạt nhân để chế tạo một siêu bom trong dự án này.

Chien-Shiung Wu được Fermi chú ý nhờ luận án tiến sĩ về phân hạch của mình và họ quyết định mời bà tham gia vào dự án.

Tại đây, Wu đã phát triển quá trình phân tách các nguyên tử uranium thành các đồng vị uranium-235 và uranium-238 tích điện, thông qua quá trình khuếch tán khí. 

Điều này dẫn đến việc làm giàu uranium, một thành phần thiết yếu trong các phản ứng hạt nhân.

Alex Wellerstein, nhà sử học và giáo sư tại Viện Công nghệ Stevens cho biết: "Là thành viên của nhóm, Chien-Shiung Wu liên tục khám phá và thiết kế các máy dò bức xạ, đóng góp lớn vào nghiên cứu về quá trình khuếch tán khí để làm giàu uranium mà phương pháp này vẫn hiệu quả cho đến ngày nay".

Ông giải thích: "Sự khuếch tán khí là hoàn toàn cần thiết và đóng vai trò quan trọng cho quả bom nguyên tử được Mỹ thả xuống thành phố Hiroshima (Nhật Bản) trong chiến tranh thế giới thứ hai. Sau đó, công nghệ này đã làm giàu cho Hoa Kỳ thời kỳ Chiến tranh Lạnh".

Theo ông, khám phá này hữu ích và quan trọng đến mức thông tin chi tiết về nó được phân loại là bí mật quốc phòng do có liên quan đến công nghệ chế tạo bom hạt nhân của Hoa Kỳ.

Những đột phá trong lĩnh vực vật lý

Sau Chiến tranh Thế giới thứ hai, bà tập trung vào nghiên cứu về quá trình  phân rã phóng xạ.

Vào giữa những năm 1950, Wu đã thực hiện một thí nghiệm nổi tiếng để kiểm tra định luật bảo toàn tính chẵn lẻ. 

Thời điểm bấy giờ, nguyên tắc này được khoa học chấp nhận rộng rãi nhưng nó chưa có những chứng minh thực tế.

Bà hợp tác với hai nhà khoa học khác là Tsung-Dao Lee của Đại học Columbia và Chen-Ning Yang, Đại học California.

Hai nhà vật lý nghi ngờ một loại hạt mới được phát hiện có tên kaon vi phạm các lý thuyết về định luật chẵn lẻ.

Theo định luật bảo toàn tính chẵn lẻ, các nguyên tử phân rã sẽ phát ra các hạt electron một cách đối xứng.

Chính Chien-Shiung Wu đã đề xuất thử nghiệm định luật này dựa trên đồng vị phóng xạ coban-60.

Chỉ ngủ 4 giờ một đêm, bà luôn làm việc cùng với các đồng nghiệp để phát triển thí nghiệm đầy tham vọng này.

Nữ nhà khoa học đã làm mát các tinh thể coban đến nhiệt độ gần bằng 0, sau đó sử dụng một nam châm siêu mạnh để điều chỉnh lõi của chúng và xem xét sự tan rã phát ra các hạt electron có đối xứng hay không.

Sau nhiều tháng thử nghiệm, Chien-Shiung Wu đưa ra kết luận, hạt nhân tinh thể coban phát ra electron ở một bên nhưng không phát ra bên kia, do đó bà đã chứng minh định luật bảo toàn tính chẵn lẻ lúc bấy giờ hoàn toàn sai.

Bước đột phá lớn này đã giúp nhóm nghiên cứu giành được giải Nobel Vật lý vào năm 1957, nhưng Ủy ban Nobel đã không công nhận đóng góp to lớn của bà.

Song song với nghiên cứu nổi tiếng về định luật chẵn lẻ, Wu cũng đã tiến hành một loạt thí nghiệm quan trọng trong vật lý hạt nhân và lượng tử. 

Năm 1949, bà xác nhận lý thuyết về sự suy giảm beta của nhà vật lý Enrico Fermi và sửa chữa những điểm không nhất quán giữa lý thuyết và kết quả không chính xác từ các thí nghiệm trước đó.

Đồng thời, bà còn xây dựng một phiên bản phổ quát của lý thuyết này.

Vượt qua rào cản giới tính để theo đuổi đam mê

Chien-Shiung Wu sinh năm 1912 tại Lục Hợp, tỉnh Giang Tô, cách Thượng Hải khoảng 65 km. 

Mặc dù việc con gái đi học ở Trung Quốc vào thời điểm đó không phổ biến, nhưng Wu đã vào học tiểu học tại một trường nữ do chính cha bà thành lập.

Năm 1930, bà đăng ký học ngành Toán học tại Đại học Quốc gia Nam Kinh. 

Tuy nhiên, những tiến bộ mang tính cách mạng vào cuối thế kỷ 19 trong vật lý hiện đại như việc khám phá ra cấu trúc của nguyên tử và tia X đã khơi dậy sự niềm đam mê khoa học của cô sinh viên trẻ lúc bấy giờ.

Vì vậy, bà đã quyết định chuyển sang chuyên ngành vật lý tại trường và tốt nghiệp thủ khoa năm 1934.

Được khuyến khích bởi cố vấn hướng dẫn tại trường đại học, cùng với sự hỗ trợ tài chính từ người chú mình, bà đã đến Hoa Kỳ vào năm 1936 để lấy bằng tiến sĩ.

Ban đầu, Chien-Shiung Wu lên kế hoạch theo học tại Đại học Michigan, nhưng thời điểm đó, Hoa Kỳ phải đối mặt với chủ nghĩa phân biệt giới tính, đặc biệt là lĩnh vực vật lý bị chi phối bởi nam giới và hồ sơ xin học tiến sĩ cho phụ nữ phần lớn sẽ bị loại.

Sau đó, bà đã quyết định đến San Francisco, tại đây bà gặp nhà vật lý Luke Chia-Liu Yuan, người sau này trở thành chồng mình.

Yuan đã đưa bà đi tham quan phòng thí nghiệm nghiên cứu bức xạ tại Đại học California ở Berkeley. 

Các nhà khoa học tại đây vừa phát minh ra máy gia tốc giúp tăng vận tốc của hạt mang điện được gọi là cyclotron.

Bị cuốn hút bởi nghiên cứu về lĩnh vực hạt nhân nguyên tử do phòng thí nghiệm này thực hiện, Chien-Shiung Wu đã đăng ký thành công để tham gia chương trình đào tạo tiến sĩ vật lý tại Berkeley.

Trong quá trình nghiên cứu của mình, bà đã hợp tác chặt chẽ với chuyên gia hạt nhân Ernest Lawrence, người đoạt giải Nobel Vật lý năm 1939 và nhà khoa học Emililo Segrè.

Tại đây, Chien-Shiung Wu không chỉ nổi bật và gây sự chú ý với các đồng nghiệp nam vì giới tính, sắc tộc, mà còn là sự nhạy bén, kiến thức uyên thâm của bà trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học.

Nhà sử học Sharon Bertsch McGrayne cho biết: "Cô ấy chính vẻ đẹp ở Berkeley".

Trong cuốn hồi ký của mình, nhà vật lý hạt nhân, Ernest Lawrence viết: "Khi Wu đi bộ trong khuôn viên trường, cô ấy giống như một nữ hoàng và không có gì lạ khi một đám người con trai ngưỡng mộ đi theo".

Ở Berkeley, bà đã nghiên cứu về bức xạ điện từ được tạo ra trong quá trình giảm tốc của điện tích các hạt, cũng như các đồng vị phóng xạ xenon.

Chúng được tạo ra bởi sự phân hạch hạt nhân từ các nguyên tử uranium. 

Tháng 6/1940, bà chinh phục thành công bằng tiến sĩ danh dự, nhưng trường học đã không giữ bà lại để làm việc.

Sau một thời gian ngắn nghiên cứu sau tiến sĩ, Wu chuyển đến Bờ Đông Hoa Kỳ và trở thành giảng viên tại Đại học Smith.

Sau đó, chiến tranh nổ ra tạo cơ hội cho bà tham gia vào các dự án tuyệt mật của quân đội Hoa Kỳ và bà đã đóng góp nhiều to lớn, đặc biệt trong việc phát triển bom nguyên tử.

Chien-Shiung Wu qua đời vào năm 1997, nhiều nhà khoa học gọi bà là "Đệ nhất phu nhân ngành Vật lý" do những nghiên cứu mang tính cách mạng cho khoa học trong suốt sự nghiệp của mình.