θ和τ這兩種粒子的生命非常短，很快會衰變成其他的粒子，物理學家們也是通過觀察衰變之后東西才推測它們的存在。它們奇怪的地方就在于：θ粒子在衰變的時候會產生兩個π介子，而τ粒子在衰變的時候會產生三個π介子。
有人會說這有什么奇怪的？一個粒子衰變產生兩個那個叫啥π介子的東西，另一個產生三個，這不是很稀松平常的事么，難道粒子衰變生成幾個介子還要受法律約束不成？
沒錯，單純這有看，確實沒什么奇怪的。但是，隨后人們就發現，θ和τ這兩種粒子無論是電荷、自旋還是質量都一模一樣，這哥倆無論怎么看都像是同樣一個粒子，但是它們的衰變結果卻不一樣，這就尷尬了。
更為尷尬的是，澳大利亞的物理學家達利茲仔細的研究了這兩個粒子，利用當時普遍被接受的物理定律去做了一個計算分析，結果表明θ和τ的宇稱數不一樣，因此不可能是同一種粒子。
當時的局面是，有人認為θ和τ是不同的粒子，有人認為他們是相同的粒子，但是認為它們是相同粒子的人也無法解釋為什么它們的衰變結果和宇稱數不一樣（也就是宇稱不守恒）。其實，當時一些科學已經注意到宇稱守恒的成立與否是一個重要的方向，但是由于對稱性在理論物理里實在太重要了，要去質疑它們要不是極聰明就是極蠢。另外，關于宇稱的定律在之前的粒子物理里一直都用的很好，因此只要提出宇稱不守恒的想法，很快就會碰到互相抵觸的地方。
如果楊振寧和李政道認為宇稱不守恒是解開θ-τ之謎的關鍵點，那就得先得把那些相互抵觸的問題都解決掉，并且還要解釋為什么之前的各種相關現象并不違反宇稱守恒。
當然，他們做到了！
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弱相互作用下的宇稱不守恒
在前面我們就提到了，基本相互作用力里的強力和弱力都是在原子核發生的，因此，這兩種力很容易攪和在一起。有些物理學家即便感覺宇稱可能不守恒，但是一旦他們認為宇稱在強力和弱力下都不守恒，接下來肯定會碰到滿頭包。
楊振寧和李政道敏銳的發現了這一點：把原子核黏在一起的是強力，原子核發生衰變是弱力，如果我們把這兩個過程的對稱性分開來看，也就是說，假如我只認定宇稱在強相互用力中守恒，而在弱相互作用力中不守恒，那θ-τ之謎看起來就容易多了。
把強、弱相互作用力區分討論宇稱性，這是一個很美妙的想法。如果弱相互作用下宇稱不守恒，那么θ和τ粒子就可以看做同一個粒子不同衰變方式，于是楊振寧和李政道就把目光鎖定到弱相互作用去了。因此，雖然θ和τ粒子的衰變過程也是弱相互作用，但是這種奇異粒子的弱相互作用我們了解有限，既然要研究弱相互作用，那當然是研究我們最熟悉的弱相互作用了。那么，我們最熟悉的弱相互作用是什么呢？大聲說出來：
β衰變！β衰變！β衰變！
答案當然是β衰變，所以，楊、李二人立馬就對過去已有的各種β衰變進行計算考查，結果他們發現：在過去所有的β衰變實驗里，實驗結果跟β衰變中宇稱是否守恒完全沒有關系。這是一個令人震驚的結果，也就是說，在過去的那些有弱相互作用力參與的β衰變實驗里，宇稱守恒與否并不會影響他們的實驗結果，所以楊振寧和李政道的想法并沒有被過去的實驗證偽。
當然，也沒有被證實。
后來，楊振寧這樣描述他們對這個結果的反應：長久以來，在毫無實驗根據的情況下，人們都相信弱相互作用下宇稱守恒，這是十分令人驚愕的。但是，更令人驚愕的是，物理學如此熟知的一條時空對稱定律面臨破產，我們不喜歡這種前景，只是因為試圖理解θ-τ之謎的其他各種努力都歸于失敗，我們才不得不考慮這樣一種情景。
現在新的問題來了：既然β衰變是典型的弱相互作用，那么為什么我們之前做的那么多β衰變的實驗都剛好跟宇稱守恒無關呢？經過一番苦思冥想之后，楊、李發現了問題的關鍵：要想用實驗檢驗弱相互作用中宇稱是否守恒，必須測量贗標量（這是跟核的自旋和電子的動量相關的一個物理量，有個印象就行），而之前的β衰變實驗都沒有測量這個，所以實驗結果就跟宇稱是否守恒完全無關。
認識到這一點之后，楊振寧和李政道就重新設計了幾個可以檢驗宇稱是否守恒的實驗，并把具體的實驗方法和之前的分析都寫進那篇非常著名的論文《在弱相互作用中，宇稱是否守恒？》中去了，然后投給了《物理評論》。但是，等論文發表的時候，論文題目卻被雜志的編輯改成了《對于弱相互作用中宇稱守恒的質疑》，原因是編輯認為一篇論文的標題不應該是一個問句，雖然楊振寧認為前者要好得多。
……
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實驗女王吳健雄
當時想請一位實驗物理學家來做驗證宇稱是否守恒的時候可不是那么簡單的事，實驗物理學家考慮的是：是否值得去做一個實驗來驗證宇稱是否守恒？楊振寧和李政道雖然提出了幾個具體的實驗方案，但是這些實驗都非常困難，并且，當時物理學家的眼里，宇稱守恒是絕對可靠的，做這樣的實驗幾乎就等于白費精力。
這種想法在當時是極為主流的。
有一個叫拉姆齊的實驗物理學家后來也想做驗證宇稱是否守恒的實驗，費曼告訴他“那是一個瘋狂的實驗，不要再上面浪費時間”，他還以10000:1來賭這個實驗不會成功，后來改成了50:1，但是由于橡樹嶺實驗室不支持，所以拉姆齊只得作罷。當宇稱不守恒被實驗證明之后，費曼倒是很守信的開了一張50美元的支票給拉姆齊，算是給拉姆齊的一個安慰獎。以眼光毒辣，被稱為“上帝之鞭”“物理學的良心”的泡利聽說吳健雄在做這個實驗之后，他說他愿意下任何賭注來賭宇稱一定是是守恒的，后來他自己也開玩笑說幸好沒有人跟他賭，不然他就得破產了（不知道這些物理學家怎么這么喜歡賭博，應該打110和911叫警察全抓起來~）。最嚴重的是朗道，朗道不僅自己公平批評質疑宇稱守恒的想法，他有個叫沙皮羅的學生在研究介子衰變的時候也覺得宇稱應該不守恒，寫了篇論文給朗道審閱，朗道直接給他丟一邊去了。幾個月后楊振寧和李政道發表了宇稱不守恒的論文，接著吳健雄用實驗做了證明，第二年還去斯德哥爾摩捧回了炸藥獎，朗道這才追悔莫及。
……
吳健雄的天才在這里不是表現在設計了多么巧妙的實驗，而是表現在大環境對驗證宇稱是否守恒如此不利的情況下（想想費曼、泡利、朗道都是什么級別的人物），她全力支持楊振寧和李政道的想法。她不僅要做實驗，還要迅速做趕快做，要趕在其他的實驗物理學家意識到這個實驗的重要性之前做出來。為此，她把取消了去日內瓦的高能物理會議，取消了準備去東南亞的演講旅行，她和她丈夫已經預訂了“伊麗莎白王后號”的船票，結果她公然放了她丈夫的鴿子，讓他一個人去日內瓦，吳健雄自己留下來做實驗。
吳健雄于滿清王朝覆滅那年（1912年）在江蘇蘇州出生，被稱為“實驗核物理的執政女王”，“東方的居里夫人”，她參與了曼哈頓計劃，并成為美國物理學會第一個婦女主席，是世界上最杰出的實驗物理學家之一。
有如此優秀的吳健雄的鼎力支持，實驗當然就沒什么好擔心的了。但這里我并不打算給大家講吳健雄的實驗，我給大家看一個更簡單直觀的圖像。下圖就是一個旋轉的原子核衰變的時候放出一個電子的圖像，中間是一面鏡子，我們從上往下看的時候，鏡子外的原子核是順時針方向旋轉，而鏡子里面的原子核是逆時針旋轉。也就是說，一個旋轉的原子核的鏡像旋轉的方向跟它本身旋轉方向是相反的。物理學家們約定，左手順著旋轉的方向，大拇指的方向就是原子核旋轉的方向，所以，如箭頭所示，靜止外面的原子核旋轉方向向上，而鏡子里面的向下。
我們也很容易想象，鏡子里外的原子核旋轉方向雖然相反，但是如果外面的電子往上飛，鏡子里面的電子也往上飛，這很符合常識，沒什么奇怪的，這就是宇稱守恒時候的樣子。但是，如果哪天你看到鏡子里電子居然是朝下發射的，你會不會覺得見鬼了？
當然，物理學家說的鏡像并不是真的去看鏡子，鏡子無論怎么照肯定都是這樣。他們的意思是：如果我再找來一個原子核，讓這個原子核跟鏡子里的原子核一模一樣（也即是大小質量啥的都相等，但是旋轉方向不一樣），我們就說這兩個原子核互為鏡像。
然后我再去觀察這個鏡像原子核，如果它跟鏡子里一樣也是向上發射電子，那就不奇怪，是宇稱守恒；如果它跟鏡子里發射電子的方向相反，也就是向下發射電子，那么宇稱就不守恒了。
當然，上面只是理論分析，真正要做實驗的話，有兩個難點：第一，分子、原子、原子核都在雜亂無章的做熱運動，你怎么讓它跟上圖一樣安靜下來旋轉？答案是給它降溫。溫度就是微觀粒子熱運動的一個表現，溫度降下來了它們自然就不鬧騰了，所以吳健雄做實驗的時候把溫度降到了只比絕對零度（-273.15℃，粒子不動的時候的溫度，無法達到）高0.01K；第二，因為微觀粒子具有不確定性，我不可能去觀察一個原子核發射電子的方向，我只能觀察一堆原子核衰變然后統計他們發射電子方向的概率。于是，我得讓原子核都按照一定的方向旋轉，這個技術叫原子核的極化，這在當時是妥妥的高科技。
這下子知道為什么說實驗的難度巨大了吧，不過不管怎樣，吳健雄完成了實驗，她測量了一束鈷60衰變放出電子的方向，證明宇稱在弱相互作用下是不守恒的。實驗結果出來的時候，吳健雄自己都不相信這個結果，她生怕這是哪里的實驗誤差導致的，于是小心謹慎的再回去檢驗。她也只把初步的實驗結果跟楊振寧和李政道說了，并且讓他們暫時不要對外公布，但是，顯然楊、李二人對這個實驗結果并沒有那么吃驚，于是迫不及待的就告訴別人了。
消息一出，整個物理學界都震驚了！他們立刻去做其他驗證宇稱守恒的實驗，結果實驗準確無誤的顯示：在弱相互作用下，宇稱原來真的不守恒！
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宇稱不守恒的影響
諾貝爾獎只是宇稱不守恒一個很小的注腳。楊振寧和李政道在1956年10月發表了《對于弱相互作用中宇稱守恒的質疑》的論文，吳健雄隨后給了實驗驗證，諾組委立馬把1957年的諾貝爾獎頒給了35歲的楊振寧和31歲的李政道。要知道愛因斯坦在1905年提出來光量子說和狹義相對論，1915年完成廣義相對論，然后諾組委一直拖拖拉拉到1921年，也就是愛因斯坦42歲的時候才給頒獎。
因為宇稱不守恒（即便只是在弱相互作用下）并不是一個局部性的理論發展，它影響了整個物理學界的方方面面，是囊括了分子、原子和基本粒子物理的一個基本革命。我在前面花了很大的篇幅給大家介紹了為什么對稱性在20世紀物理學里這么重要（對稱性對應守恒律），特別是愛因斯坦的相對論在時空對稱方面取得的巨大成就，還有量子力學里對對稱性的極度重視，使得那時候人們對對稱性的信仰和依賴絲毫不比20世紀之前人們對牛頓絕對時空觀的依賴弱。
20世紀初，洛倫茲、彭加萊這些人都已經走到狹義相對論的門口了，但是就是不愿意放棄牛頓絕對時空的概念，因此被年輕的愛因斯坦后來居上。20世紀50年代的時候，全世界都在為θ-τ之謎絞盡腦汁，但是費曼、泡利、朗道這樣的物理學大師都不愿意假設宇稱不守恒，從而讓年輕的楊振寧和李政道后來居上。他們不愿意放棄宇稱守恒，因為這些大師們太清楚對稱性在物理學的重要程度了，而且基于他們的審美觀念，他們絕不愿意相信上帝會是一個左撇子。
宇稱不守恒的發現震碎了人們對上帝絕對對稱的信念，迫使人們重新思考對稱的問題，這一轉向導致了后來許多深刻的發現。人們慢慢發現，上帝雖然喜歡對稱，但是并不喜歡絕對對稱，因為絕對對稱必然導致大家都一樣，從而缺乏生機（你想想如果全世界的人都長一個樣，那將是多么恐怖的一件事）。假設宇宙在初期都是絕對對稱的，那么所有的粒子和相互作用都一樣，那么怎么會有后來引力、電磁力、強力、弱力的區分呢？所以，最開始的對稱在一定條件下是會慢慢變成不對稱的，這樣對稱就破缺了，對稱破缺之后就出現了不同的東西。
比如現在已經知道了的：電磁力和弱力在早期就是完全同一種力，叫電弱力，后來隨著宇宙的環境溫度慢慢變化，發生了對稱性破缺，電弱力就分成了現在的電磁力和弱力兩種。電磁力和弱力的統一是二戰后物理學的一個巨大成就，統一他們的是一種被稱為楊-米爾斯的理論，而這個楊-米爾斯里的這個楊，正是我們這篇文章的主人公之一的楊振寧。其實，除了已經完全統一了的電弱相互作用，現在用來描述強相互作用的量子色動力學也是一種楊-米爾斯理論。正因如此，楊-米爾斯方程在現代物理學里極為重要，這是繼麥克斯韋方程組和愛因斯坦引力場方程之后最為重要的一組方程。相比給楊振寧先生了帶來諾貝爾獎的宇稱不守恒，楊-米爾斯方程才是楊振寧先生的最高成就，也是東方人在物理學上的最高成就。
