一九五六年物理科學上發生了一個重大的革命，這個革命是為了解決當時物理學上所謂的「西塔-淘之謎」。發動這一個革命的是兩位中國的物理學家，當時在普林斯頓高等研究院的楊振寧和在哥倫比亞大學的李政道，他們提出了一個理論假想，認為過去物理科學上一直以為的關於左右對稱的「宇稱守恆」，事實上在弱作用中是不成立。這一個物理科學上的挑戰，在當時的科學界是很不被人支持的，但是吳健雄獨具慧眼，她立刻看出這一個問題的重要性，並且即刻著手準備進行檢驗這個理論的實驗工作。

　　一九五六年九月開始，吳健雄和她在華盛頓DC美國標準局的四位合作者，正式開始他們的實驗工作。到了一九五六年年底，吳健雄領導的實驗已經顯現出相當明顯的証據，「宇稱守恆」在弱作用中確實是不成立的。這個結果可以說是震驚物理世界的大消息，吳健雄又經再三查証，到一九五七年一月九日終於証實他們實驗的正確無誤。這不但使得吳健雄立刻成為舉世知名的實驗物理權威，也使得提出的理論假設的楊振寧和李政道得到了那一年的諾貝爾物理獎。

　　一九五七年諾貝爾物理獎得主公布之後，由於吳健雄並沒有和楊、李同列其中，立刻引起一些大科學家的不滿。在這個這些人當中，最出名的是在柏克萊時代就認識吳健雄的大物理學家歐本海默。那個時候，擔任普林斯頓高等研究院院長的歐本海默就公開的替吳健雄的沒有得到諾貝爾獎，發出了不平之鳴。吳健雄未能獲得諾貝爾獎，有相當複雜的影響因素，到現在可以了解的就是，那一年瑞典的皇家科學院受到相當大外在的壓力，使得吳健雄不能共同得到那一年的諾貝爾獎。

　　由於吳健雄做出來如此的一個震動科學界的實驗工作，使得她終於在一九五八年得到哥倫比亞大學正教授的教席，這無疑是一個遲來的正義。另外在前一年，也就是民國四十六年她和楊、李二人共同被選為中研院的院士，一九五八年又獲選為美國國家科學院的院士，同一年吳健雄也成為普林斯頓大學創校百年來第一位獲頒榮譽博士學位的女性。

　　從一九五八年以後，吳健雄繼續在實驗物理工作方面有新的工作成就，譬如說她在一九六零年代初期所完成的「向量流守恆」，以及在稍後所進行的所謂「雙貝塔衰變」，都在物理科學上有相當深遠的影響。吳健雄後來還進行了低溫效應和輻射探測器等的實驗，一直到她在一九八零年退休為止。

　　吳健雄道在物理科學上雖然著有成就，但是對於離開中國和父母家人，心中總有著一份遺憾。在民國五十九年以前，由於美國和中國還處於敵對的狀態，吳健雄曾經多次的到台灣來訪問。民國五十一年吳健雄和袁家騮一同回到台北參加中央研究院的院士會議，並且探望當時擔任中研院院長的她的老師胡適，很不幸的是，胡適竟在那一次中研院院士會上講話時，因心臟病發去世，使得吳健雄哀慟逾恆。民國五十四年台灣的嘉新水泥公司設立的嘉新文化基金，將頭一屆的嘉新特殊貢獻獎頒給吳健雄，吳健雄到台灣訪問兩週，除了將嘉新特殊貢獻獎的一萬美金獎金捐出做為鼓勵國內學術之用，她還發表數場學術演講，並且憑弔她老師胡適的墓園，同時也和當時的總統蔣介石見面。

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