異國他鄉的“茶館裏兩兄弟”苦苦研究“θ—τ之謎”。愛因斯坦讚譽說：“讓那位姓李的中國小博士也來動動腦筋，他的想法有時比你我都高明。”
向傳統挑戰，大膽地假設，終於提出“弱相互作用宇稱不守恒”定律。
1．工作第一站，受聘普林斯頓研究所
普林斯頓研究所位於紐約市西南大約80公裏處。這裏雲集著世界上第一流的科學家、學者和教授，有理論物理研究方麵最知名的人物愛因斯坦，也有被譽為“原子彈之父”的奧本海默教授。這裏是物理研究方麵有誌青年向往的地方。愛因斯坦是美籍德國人，他創立的狹義相對論和廣義相對論，是物理學發展的裏程碑。當李政道到普林斯頓研究所去工作時，愛因斯坦已經退休，但他每天仍然到辦公室去看看，並和青年人討論一些問題。奧本海默是美國原子彈計劃“曼哈頓工程”的設計負責人。第二次世界大戰結束後，奧本海默應聘主持普林斯頓高等學術研究所的工作，任所長，使許多青年科學工作者雲集到了普林斯頓研究所。在普林斯頓高等學術研究所，研究空氣十分活躍，有極成功的合作，也有激烈的競爭。一群年輕的學者經常討論、辯論問題。這裏實行嚴格的合同協議，以激勵人們之間的合作和競爭。在李政道到來之前，楊振寧已在普林斯頓工作，還有不少華人也在這裏效力。費米先生非常讚成李政道到普林斯頓研究所工作。他對李政道寄予很大的希望。當李政道和費米先生道別時，費米先生明確地告誡李政道說：“高等學術研究所是一個很好的地方，很有必要去，但是那裏不宜久留，一段時間後就應該離開，因為那裏的研究太形式化，這很容易與實際的物理問題脫離關係，它是一座‘修道院’，是培養‘傳教士’的地方，而你絕對不是‘傳教士’的材料。”
費米看著李政道，見李政道仍在仔細地傾聽，因而又繼續說道：“即使你在那裏不打算長待，你也必須在研究中，密切地注意物理學界的發展動態和研究方向，並隨時糾正自己的學術研究。隻有這樣，你的研究才會長進，才能早出成果。”
李政道依依不舍地告別費米，來到了普林斯頓研究所，又和楊振寧重逢了。
從此，兩人攜手合作，研究更上一層樓。他們首先合作寫了關於統計力學方麵的論文。這篇論文得到了愛因斯坦的稱讚。這時，愛因斯坦年事已高，李政道和楊振寧不願打擾他，怕給他添麻煩，但他們還是和愛因斯坦進行過多次交談。愛因斯坦對中國這兩位青年人印象深刻，每當到辦公室來看一看，和青年人討論問題時，他總是笑著說：“去，叫那位姓李的來，那位中國小博士很聰明，特別愛動腦筋，他的想法有時比你我都高明。”
李政道和楊振寧比起來，性格顯得比較內向，但他們兩人在一起談起話來，李政道就顯得健談了。
常常天南地北，海闊天空，他們談論最多的是弱相互作用方麵的研究問題。
李政道經常說：“我和楊振寧很投機，一說起話來就忘了吃飯，一討論起問題來就忘了時間。”
李政道還經常說：“理論物理使人思維繁重。”
“理論物理需要胡思亂想。”
“理論物理是大膽假設，實驗物理是小心求證。”
李政道有自己的一套學習和思維方法，他說：世界上的一切自然現象，都是以一組相當簡單的自然原理構成基礎的，而這些自然原理，隻要人們去研究和思考它，是可以被人們認識的。治學的方法應該首先從最基本處入手才對。對最簡單的東西需要的是正確的認識和觀念，而不是複雜的計算。正當李政道和楊振寧製訂研究項目和長期計劃、準備向弱相互作用的研究課題進攻的時候，情況發生了變化。一天上午，李政道收到哥倫比亞大學寄來的請他任物理學助理教授的邀請書。麵對邀請書，無論是李政道還是楊振寧心裏都很矛盾。從感情上講，李政道不想離開楊振寧，楊振寧也不想讓李政道走。但經過理性思考和仔細商量，李政道還是接受了邀請。這是因為，一來他想起了臨別時費米先生的忠告；二來是他基於自己對普林斯頓研究所的細致觀察，認為這裏確實存在著形式主義；第三是他認為到哥倫比亞大學任教可以了解一些新情況，而這些新情況或許對他們二人的研究大有幫助。