2．科學迷宮，“θ—τ之謎”
1953年，李政道離開了普林斯頓高級研究所，離開了楊振寧，應聘到哥倫比亞大學物理係任物理學助理教授。雖然他和楊振寧分開了，可他們的研究仍然在繼續進行。他們經常通過電話，一周幾次討論他們感興趣的弱相互作用問題。當然，他們也經常見麵，遇到一些重大問題、疑難問題，或者產生一種新想法，弄到一些新材料，兩個人總是激動地相互往對方的地方跑，有時甚至長談一夜而不休息。紐約市分為幾個相對獨立、享有一定自治權的區，曼哈頓即是其中之一。哥倫比亞大學位於曼哈頓西北部、哈得遜河河邊，它是一所有悠久曆史的高等學府。在哥倫比亞大學，除了上課外，李政道幾乎把所有的時間都用到讀書和研究問題上。
李政道的研究領域很廣，從統計力學到場論，無不涉獵。其中花費力氣最大的就是和楊振寧合作，深入研究了當時令人困惑的“θ—τ之謎”。這就是後來所謂的K介子有兩種不同的衰變方式，一種衰變成偶宇稱態，一種衰變成奇宇稱態。如果弱衰變過程中宇稱守恒，那麼它們必定是兩種宇稱狀態不同的K介子。但是從質量和壽命來看，它們又應該是同一種介子。
李政道和楊振寧對此非常感興趣，通過認真的分析，認為很可能在弱相互作用中宇稱不守恒。但想拿出充分的證據來，他們感到很困難。40年代末50年代初，物理學研究進入到一個新的領域，這就是粒子物理學。
從此開始了一個科學家們所說的“第二次世界大戰以後物理學最興奮的年代”。所謂“基本粒子”，就是構成所有物質的基本單元。隨著人類科學技術的不斷發展，人們對“基本粒子”的認識也是在不斷深化的。在古希臘時期，人們認為物質是由原子組成的。當時“原子”的含義是“不可再分”，原子就是古希臘人的“基本粒子”的概念。在1911年，英籍新西蘭科學家盧瑟福做了著名的α粒子散射實驗之後，科學家們終於發現原來原子是可以分割的，它是由中間大質量的、帶正電荷的原子核和外層帶負電荷的電子組成的。
1932年，英國科學家查德威克發現了中子，使人們弄清了原來原子核也是可分的，原子核是由質子和中子組成的。經過人們的深入研究，到1932年年底，人們已經知道了基本粒子有五種，它們是：質子、中子、電子、正電子、光子。第二次世界大戰以後，世界各國都掀起了研究物理的熱潮。隨著實驗技術的不斷改進，特別是大型加速器建造起來以後，加速器的能量可以增加到依照人的意願，把粒子加速到能打擊各種粒子，以產生各種新的粒子的程度。這樣，通過加速器的實驗，一大批新的粒子被發現了。
到現在為止，人們所知道的“基本粒子”有數百種。但是，實踐告訴人們，這個數目絕不是已到了盡頭。50年代中期，科學家們發現，當物質被高能量的粒子撞擊的時候，在碎片中會產生不同於質子、中子、電子的新粒子，科學家們把這種非同尋常的粒子叫做“奇異粒子”。隨著人們的不斷努力研究，實驗也一步步深入，因而越來越多的“奇異粒子”被人們發現。在這群“奇異粒子”當中，最使科學家們困惑不解的也使科學家們最感興趣的，就是兩個奇異粒子——θ介子與τ介子的奇怪特征。研究基本粒子的物理學家稱之為“θ—τ之謎”。經過大量的、深入的實驗，物理學家們發現，θ介子與τ介子具有幾乎完全一樣的性質，相同的質量、相同的壽命、相同的電荷……以至於人們不得不懷疑它們是否就是同一種粒子。但是，在實驗時，科學家們發現它們在“宇稱”上的表現卻又完全不同：當θ介子衰變時，產生兩個π介子，按照當時已有的知識水平推算，它們的宇稱為正值；而當τ介子衰變時，產生三個π介子，它們的宇稱為負值。這也就是說，θ介子和τ介子在衰變時，表現出完全相反的宇稱。在量子力學和粒子物理中，也可以通俗地把宇稱守恒定律稱為左右對稱定律。那麼，什麼叫“宇稱守恒”或者說“左右對稱”呢？對稱原理之一，就是左右對稱，這是與人類文明一樣古老的觀念。自然界是否也具有這樣一種對稱性呢？過去的哲學家們對這一問題一直爭論不休，沒有形成共識。當然，在人們的日常生活中，對稱性是大量存在的。例如：人們的左手和右手都有五個指頭；人們的兩隻眼睛、兩個鼻孔、兩隻耳朵都是對稱的；中國的漢字“日”、“工”、“林”等都很注意上下左右的對稱。天安門左右兩邊的燈籠及華表，就顯示出一種左右對稱的關係。如蜻蜓的兩隻翅膀也呈現著左右對稱的關係。物理定律過去一直顯示出左右之間的完全對稱性。在李政道和楊振寧指出弱相互作用下宇稱不守恒之前，科學家們發現宇稱守恒定律與實驗結果完全相符合，日常生活中的不對稱性被歸咎於周圍環境或有機生命體初始條件的偶然的不對稱性。因此宇稱守恒定律被奉為金科玉律。在“θ一τ之謎”出現以後，相當一部分科學家依舊用宇稱守恒定律來套用新出現的物理現象。在英國的澳大利亞物理學家達利茲經過研究，得出θ介子和τ介子為同一粒子是不可能的結論以後，很多科學家都進入了對這一問題的研究。結果在1955年到1956年的兩年時間裏，宇稱不守恒這個問題變成了一個大家都很注意的問題。