在利用加速器對θ和τ這兩種“奇異粒子”的作用和衰變進行詳細而精確測量之後,科學家發現,它們確確實實有著相同的質量和壽命,也就是說,這兩個粒子似乎為同一種粒子。後來,這兩種粒子被稱做κ介子。
一個相同的粒子卻產生兩種不同的衰變模式,以當時的物理理論這是說不通的,因為它違背了大家都承認的宇稱守恒定律。於是,理論物理學家便提出各種想法,試圖解釋這個問題。1956年4月,在美國紐約州的羅契斯特大學舉行的第六屆羅契斯特大會上,楊振寧就“奇異粒子”問題做了報告,報告中楊振寧提出了一個問題,他說:會不會θ和τ是同一種粒子的不同宇稱狀態?而它們沒有特定的宇稱,也就是說,宇稱是不守恒的。這就是說,自然界中是不是有一種單一確定右手和左手的方式呢?楊振寧說他和李政道曾經研究過這個問題,但是並沒有得到確定的結論。
在“θ-τ”之謎的問題當中,由於θ和τ這兩個粒子衰變模式不同,以至於這兩個粒子在衰變中有了不同的宇稱值。那麼,宇稱又是什麼東西呢?
簡單地說,宇稱就是一種空間的左右對稱。對稱是我們非常熟悉的概念,比如說,一個圓形圖片,當把它繞著中心轉動到任何位置,圓形的任何部分都能保持重合,這時我們說這個圓關於圓心對稱。在物理學中,所謂的對稱性就是指物理規律在某種變化下的不變性。例如,就能量守恒定律而言,與其相應的對稱性就是時間平移不變性,也就是時間的均勻性。比如,在實驗室中做某一實驗,不論今天做還是明天做,不論是今年還是十年以後再做,隻要實驗條件沒有改變,所得的實驗結果都是一樣的。這就意味著,不論時間的起點如何挪動,物理規律的具體形式總是一樣的。而時間平移不變性之所以必然導致能量守恒定律,是因為要使體係在時間的任何變動下均不受影響,這個體係必須處於孤立狀態,因而總能量必定守恒。
同樣,同一個物理實驗不論放到哪裏去做,都應該得出一樣的實驗結果。也就是說,空間位置的平移,不改變物理規律的形式。這種空間平移不變性,或者說空間的均勻性,必將導致動量守恒定律。這是因為要使體係在空間坐標原點作任何平移下而不受影響,體係必須不受外界的作用,從而體係的總動量必須守恒。這種在牛頓力學中一直成立的定律,到討論比原子還小的粒子的量子力學以後,便引入了宇稱守恒的觀念。
宇稱守恒定律是說,物理定律在最深的層次上,是不分左右的,左邊和右邊是沒有區別的。所以宇稱守恒又有一種說法叫做“鏡像對稱”。也就是說,依這個定律,在原子的內部世界,一物體及其左右相反的鏡像,所發生的作用是相同的。我們可以這樣說,一個人站在鏡子前麵,一手拿著螺絲起子,一手拿著一個瓶子,他要用起子開啟這個瓶子。如果將它按順時針方向旋轉,直到打開瓶塞,那麼在鏡子中,這個行動看起來是沿著逆時針方向進行的,但結果都是打開了瓶塞。如果這個站在鏡前的人和他在鏡中的像,都是分別存在的真實人物,當他們是用相同的力,而都使瓶塞打開的話,那麼我們可以說,這個用力於瓶塞的作用是宇稱守恒的。
宇稱守恒原本是研究物理的人一致相信的原理之一,這已是曆史的定論,要對這個物理學上相當基本的原理發生懷疑,是非比尋常之舉。因此盡管由於奇異粒子在實驗中顯現出不可解的現象,引起了對宇稱守恒諸多質疑的討論,但是到最後卻沒有誰真正深入地去探究,原因就是,宇稱守恒定律這棵大樹是太強壯了,麵對摧毀它的困難,大多數人們還是望而卻步了。
最後向這個原理提出挑戰的還是華裔物理學家楊振寧博士。楊振寧認為,由於時間和空間的對稱,在原子、分子和原子核物理中極為有用,這種有用的價值,使人們自己地假定這些對稱是金科玉律。另外,由於宇稱的定律在原子核物理和β衰變上,也一直都用得很好,因此要提出宇稱不守恒的想法,會立即遭到強烈的反對。楊振寧認為,在這當中特別重要的一個關鍵想法,是把弱相互作用中的宇稱守恒和強相互作用中的宇稱守恒分開來看待。沒有這個想法,對宇稱守恒的所有討論,都會碰到觀念和實驗上的困難。
羅契斯特會議之後,楊振寧和李政道繼續研究“θ-τ之謎”的可能解答。那時候,楊振寧在奧本海默主持的普林斯頓高等研究所。4月初,春季學期結束後,就轉往位於紐約長島的布魯克海汶國家實驗室做暑期的訪問研究。他繼續保持和李政道每周兩次的會麵,那時李政道在紐約市的哥倫比亞大學。