聪慧、才华和毅力，使她赢得了众多的赞誉。然而，世俗对女性的偏见，却让她饱尝不公的待遇。她只有埋首工作，向世俗进行挑战。
1．X射线与新物理学
1895年，德国物理学家伦琴发现了X射线。这项发现，宣告了新物理学时代的到来。
事情的发生出自于偶然，但它迟早要发生。一次，伦琴把一包紧密封存的照相底片储藏在密不见光的地方，而且是在高度真空的放电管附近，等他把那包东西取出来时，底片已变成灰黑而至毁坏。
伦琴感到好生奇怪：是什么东西在进行干扰？或许放电管内有一种未知的射线穿透底片的封套，而使底片感了光？
科学家的责任感促使他进一步实验。在进行阴极射线管中电流的实验时，伦琴发现，附近的一块涂有磷光质的铂氰酸钾在管通电时发亮光。金属的厚片放在管与磷光屏中间时，即投射阴影，而轻的物质，如铝片或木片，平时不透光，在这种射线内投射的阴影却几乎看不见。所吸收的射线的数量似乎和吸收体的厚度与密度成正比。
X射线的发现，在当时立即被用于定位、拍照、探测等各种实验之中，有关X射线的新应用和发现，立即传遍整个欧洲。1901年，伦琴因为X射线的伟大发现，获得了第一次诺贝尔物理学奖。
19世纪末，一些科学家发现了与原子有关的现象，这些都无法用以往的经典物理来解释。X射线的发现，向人们揭示了这样一个事实：原子具有某种结构。所以，继X射线后，许多科学家就对这一现象进行研究。后来，人们就发现放射性物质具有放射性。
伦琴发现的X射线既然能对磷光质发生显著的效应，那么人们要问：这种磷光质或他种天然物体，是否也可以产生类似X射线那样的射线呢？
在这一研究中，首先获得成功的是法国的物理学家亨利·贝克勒耳。1896年的2月，贝克勒耳在实验中发现，钾铀的硫酸复盐发出的射线，具有X射线的穿透力，可以穿透黑纸或其他不透光的物质，对照相底片和验电器起作用。与X射线不同的是，钾铀的硫酸复盐发出的射线是自发产生的，不需要任何外界刺激。进一步研究后，他又发现，铀本身与其所有化合物都有同样的作用。
贝克勒耳发现的射线，引起了法国居里夫妇的极大兴趣。1900年，这对物理学家夫妇进行了系统的研究。他们在各种元素和其化合物以及天然物中寻找这种效应，最后发现沥青铀矿的放射强度，远远超过按它所含铀量应有的强度。
化学分析又给他们带来了新的意外，所有的实验都表明，放射性主要集中于沥青铀矿的两个化学元素里面，即镭和钋。
1899年，英国的物理学家卢瑟福在实验中证明了铀的射线里有两部分，一部分不能贯穿1／50毫米厚的铝片，另一部分则能贯穿约半毫米的铝片，然后，强度就减少一半。第一部分，卢瑟福就叫它α射线，能产生最显著的电效应；而贯穿性较大的一部分叫β射线，能通过不漏光的遮幕，而使照相底片变质。后来在进一步深入的研究中，又发现第三种更富贯穿性的辐射，称为γ射线，在贯穿1厘米的铝片之后，还能照相，并使验电器放电。镭放射所有这三种射线比铀容易得多，与其一般活动性成比例，所以研究这些辐射，也以用镭最为便利。
1902年，卢瑟福和化学家F．索迪共同研究了三族放射性元素：镭、钍、锕，由此提出了放射现象乃是一种放射性元素原子自发地衰变为完全不同的另一种放射性元素原子的过程。1903年，卢瑟福说明α射线可被电磁场偏转，由偏转方向证明α射线是带正电荷的粒子；他又测定了它的速率和荷质比。1908年，因对元素衰变的研究，卢瑟福获得诺贝尔化学奖。1911年，也是中国辛亥革命的那一年，卢瑟福通过α粒子散射实验首先发现有原子核存在，并据此提出核型原子模型，这是他对科学的最大贡献。1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子，结果氮原子转化为一个氧原子加一个氢原子，从此宣告了核能研究的新时代。
在整个放射性物质和原子研究的过程中，产生了为之共同努力的大批科学家，其中包括玻尔、德布罗意、薛定锷、泡利、海森伯和狄拉克等人。他们打破国界，在创造现代科学最灿烂夺目的时代，做出了应有的贡献。
放射性物质和原子的研究，后来也深深地吸引住了吴健雄，她在前人研究的基础上，一步一个脚印向前迈进，最终取得了显著的成就。
2．参与“曼哈顿计划”
在第二次世界大战中，敌对双方都竞相展示自己的最新科技武器，以控制战局。最突出的是英美两国的物理学家、化学家与工程师，群策群力，共同合作，在制造原子弹方面和德国人展开了生死攸关的竞赛。
1944年，哥伦比亚大学研究部门把吴健雄召去，研究关于原子弹的制造。正由于此，吴健雄才有机会重新回到她热爱的科学研究中。同时被召集去的，还有当时许多著名的科学家。那时，吴健雄还未加入美国国籍，哥伦比亚大学吸收了一个外籍女性科学家加入研制工作的行列，足见吴健雄在物理学上的才华和成就有过人之处。
原子弹的制造，在美国被称作“曼哈顿计划”。大物理学家奥本海默做了“曼哈顿计划”的主持人，由于他对吴健雄的欣赏才使吴健雄得到这一机会。
早在国内的中央研究院物理研究所时，吴健雄就曾在顾静徽的指导下，测定过某种气体的光谱，吴健雄还做过X光晶体衍射实验，这为她后来的物理研究方向奠定了基础。
吴健雄在美国的伯克利，由劳伦斯指导的探究放射性铅因产生β衰变放出电子，而激发产生出两种形态X光的现象；由塞格雷指导的研究铀原子核分裂的产物，可以说，这些实验都在自觉与不自觉中，为原子弹的研制而做着准备。
实验工作是艰苦的，失败一次一次地接踵而来，而成功的希望也在这一次次失败中孕育着。实验的魅力也正在于此，成功就像暴风雨之夜尚且遥远的人家灯光，虽然遥远，只要你咬住牙坚持，行走，行走，顶住风雨的袭击，闯过这段距离，就会达到灯光的所在。
吴健雄在实验中以顽强的毅力与失败作斗争。这个单薄、娇小的女性，在她漫长的实验工作中，心中仍念念不忘中学时代就崇拜的科学家———居里夫人。居里夫人在艰苦条件下，顽强的工作精神时时鼓励着她。所以，她不知疲倦地在实验室里，伴着她喜爱的工作，度过了春夏和秋冬。
终于有一天，吴健雄以她不可战胜的毅力取得了实验的成功。这就是在铀原子核分裂产物碘中，观察并且确定出两种放射性惰体气体氙的半衰期、放射数量和同位素数量。这一成果，取得了她的老师塞格雷的称赞，称她为杰出的实验物理学家。
1939年初，二战正处于白热化状态。虽然欧洲天寒地冻，可是奥地利籍的女科学家梅特勒将她的原子核分裂的发现一经公布，立刻产生热效应，科学家们不分国界，争先恐后地参加到研究这一发现的行列中。
伯克利的物理学家自然也不甘落后，那时候，他们经常聚在一起讨论原子核分裂的新发展，吴健雄则被认为在此方面有绝对的发言权而被邀去演讲。在物理学家面前，一向文静的女性，总是显得那样自信和聪慧，尤其令大家深为惊叹的是，她竟在黑板上由后往前写出一个物理公式，她的才能得到了公认。
1944年，吴健雄来到哥伦比亚大学的时候，美国的原子弹制造计划已经很成熟，分配给吴健雄的工作主要是发展γ射线探测器。吴健雄很快就投入到工作中去。
她常常工作至深夜，甚至是通宵达旦地做实验。她的顽强、一丝不苟的工作作风，在“曼哈顿计划”工作中，再一次得到了印证。
吴健雄早年在伯克利的实验成果，即铀原子核分裂后，产生的氙气对中子吸收横截面的资料，在“曼哈顿计划”中，起到了极大的作用。这是吴健雄当初做实验时未曾料到的，能为“曼哈顿计划”做贡献，吴健雄感到很骄傲。她盼望着战争早日结束，她惦记着战火下的祖国和在祖国生活的亲人。
1945年7月16日，人类的第一颗原子弹经过众多科学家的多年努力，终于试爆成功。它的威力随着蘑菇云而久久不散，令世人惊骇，也严重地威胁着二战中的轴心国。在这次军事科技的竞赛与较量中，美国及其同盟国得胜了。之后不久，美国便用这一新式武器，让日本首尝了它的威力，即在日本的广岛和长崎投下了两颗原子弹。原子弹毁灭性的杀伤力，迫使日本在投降书上签了字。其实，纳粹德国的原子弹的研制，也快有眉目了，美国的抢先，使德国威胁全人类、控制全人类的阴谋破了产。
二战的结束，令爱好和平的人们绽开了笑靥，可是广岛和长崎毁灭性的杀伤，又使许多参与“曼哈顿计划”的科学家们深感内疚，他们纷纷发表有关核危害的言论，表示他们强烈的社会责任感。
著名科学家爱因斯坦，素来坚持科学的真理，具有一种超乎人类的客观性的观点。早年在德国，在许多科学家都在所谓“告文明世界书”上签了名的情况下，爱因斯坦却大声疾呼：“我宁愿被千刀万剐，也不愿参与这种可憎的勾当！”他躲避为德国侵略者研究杀伤武器的每一个机会，想做一个超然于世的科学家。就是这样一位科学家，当他得知德国人发现核裂变有可能研制核武器的消息后，经别的科学家劝说，还是在给美国总统罗斯福的信上签了名，提请美国注意。这封信，最终促使了美国开始研制原子弹的“曼哈顿计划”。
广岛和长崎的后果，令爱因斯坦始料不及，他为此痛心疾首，十分懊悔。
未亲自参与“曼哈顿计划”的科学家尚且如此难过，更何况投身于原子弹研制工作的吴健雄？多少年后，一提起原子弹毁灭性的杀伤力，吴健雄就痛心不已。她原本是要为世界的和平做出贡献的，广岛和长崎的惨状，使她看到人类的一场悲剧。
3．β衰变实验
1945年，随着第二次世界大战的结束，配合战时需要的研究亦即停止。哥伦比亚大学召集来的那些科学家也即将离开哥伦比亚大学，由于吴健雄在“曼哈顿计划”中的非凡表现，她硬是被哥伦比亚大学留了下来。与她同时留下来的，还有几位成绩卓著的科学家。吴健雄以她自身的努力和成就，消除了哥伦比亚大学对女性的偏见。
留下来后，下一步再做什么实验呢？吴健雄在思考着。根据世界科学的最新发展，也结合着自身从事核研究的经验和优势，吴健雄最后选择了原子核的β衰变。
β射线，是伦琴发现了X射线后，一些科学家在追随研究放射性物质中发现的。英国原子核物理学家卢瑟福在研究元素衰变中发现，贯穿性中等的β射线容易为磁铁所偏转。放射性发现者贝克勒耳，还发现了它们也为电场所偏转。贝克勒耳确凿地证明它们是射出的荷电质点。
而对β衰变有着重要贡献的，当属奥地利物理学家梅特勒。
梅特勒曾与化学家哈恩、斯特拉斯曼合作研究，发现铀裂变，1966年共获费米奖金。后来还和哈恩发现了镤，并给予命名，共同研究了核同质异能性和β衰变。
20世纪30年代，梅特勒与斯特拉斯曼合作，研究了铀受中子轰击的产物。因梅特勒是犹太人，导致了她于1938年的夏天，离开了纳粹的德国，迁至瑞典定居。在瑞典，她又与自己的侄子弗里施合作研究，在哈恩和斯特拉斯曼证实受中子轰击的铀中出现钡以后，他们姑侄二人阐释了这种核裂变的物理特性。1939年1月，梅特勒与其侄又将这一过程命名为“裂变”。
β衰变的研究有着广泛的用途，为许多科学家所注目。
β衰变到底是怎么一回事呢？
β衰变是某些不稳定原子核自发耗散自身过剩能量并改变一个单位的正电荷而质量数不变的放射性衰变过程，分为电子发射、正电子发射和电子俘获三种。
所有重于普通氢的原子，都有由中子和质子组成的核，核外由电子环绕，这些轨道电子不参与电子发射。
电子发射也称作β衰变，也就是一个不稳定核自身射出一个高能电子和一个反中微子。两个粒子的发射是由核内一个中子变为质子而产生的。经β衰变产生的子核原子序数比母核大1，但质量数不变。
β衰变，是1899年由英国物理学家卢瑟福命名的。他把穿透力较弱的射线叫α射线，较强的叫β射线。大多数β粒子的速率接近光速。
与γ衰变或α衰变等其他放射形式相比，β衰变是一个慢过程，它的半衰期不会短于几毫秒。
可是β衰变光谱的谱线非常复杂，这些谱线的意义是什么呢？或说它们表现的是什么呢？这在当时的科学界成为悬案。于是，许多科学家又埋头研究了起来。
人们常说思想与文化艺术上，常有观点之争，总有热闹的事发生。其实科学发展的每一步也都伴随着斗争和争论，因为科学关系到人类对自然的认识这一大是大非的命题。
对于β衰变的研究也是如此，其间也少不了争论。正是在不断争论、不断研究中，才使β衰变的研究有了较为准确和清晰的思路与纵深的发展。许多知名科学家都卷入了β衰变的研究中，如梅特勒、艾里斯、查德威克、泡利、玻尔、费米等，他们都对β衰变的研究做出了一定的贡献。
艾里斯与乌斯特在共同的实验中，显示β衰变的连续能量谱线，梅特勒起初不相信，随着实验的深入，她的实验结果也与艾里斯他们的相同。
β衰变的研究实验，不断在取得进展，然而β衰变中的能量守恒问题却一直未能解决，很让科学家们伤脑筋。
