1956年，杨振宁和李政道共同提出了弱相互作用中宇称不守恒理论，这一理论推翻了物理学界长达30年的“宇称守恒”普遍假设。1957年，他们因这项研究共同获得了诺贝尔物理学奖。

宇称，即空间反射对称性；宇称守恒，意味着一个物理过程与其镜像过程应遵循相同的规律，就像左手与右手互为镜像。

矛头直指宇称守恒定律

在20世纪50年代以前，宇称守恒被视为自然界的基本定律之一。然而，随着粒子物理学的发展，一个被称为“θ-τ之谜”的难题逐渐浮现。实验观测发现，θ介子衰变为两个π介子，而τ介子衰变为三个π介子。根据宇称理论，这两种衰变模式具有不同的宇称，因此，θ和τ应为两种不同的粒子。但令人困惑的是，θ和τ在质量、寿命、电荷、自旋等所有可测物理性质上完全一致，这使得物理学家难以解释它们为何会如此相似。

这一矛盾在1956年4月召开的第六届国际高能物理会议上成为讨论的焦点。会议期间，物理学家马丁·布洛克提出了一个极具挑战性的想法：θ和τ会不会就是同一种粒子，只是在弱相互作用中，宇称并不守恒？美籍犹太裔物理学家理查德·费曼敏锐地意识到这个想法的潜在意义，在随后的正式讨论中，他向全体与会者转述了这一设想，强调如果宇称在弱相互作用中不成立，那么“θ-τ之谜”便可迎刃而解。

费曼的公开引述使这一观点获得了前所未有的关注，参加会议的杨振宁和李政道深受启发，开始系统性地审视宇称守恒的实验基础。他们意识到，要将一个大胆的猜想发展为可检验的科学理论，首先必须证明传统观念所依赖的实验证据并不充分。经过一个多月的深入研究，他们得出了两个关键结论：第一，过去所有关于弱相互作用的实验，实际上并未真正检验宇称是否守恒；第二，尽管在强相互作用中宇称守恒已被高精度实验证实，但在弱相互作用领域，尚无任何实验证据能够支持这一守恒定律。

基于这些分析，李政道与杨振宁于1956年10月1日联名发表论文《弱相互作用中的宇称守恒问题》，论文指出“在弱相互作用中，宇称可能不守恒。”更重要的是，他们不仅提出了这一观点，还设计了多个可操作的实验方案来验证其正确性，其中最核心的建议是通过极化原子核的β衰变实验，观测电子发射方向是否具有空间不对称性。

多个实验相继证明宇称不守恒

由于都是理论物理学家，他们需要实验专家的帮助来实现验证，于是便求助同在哥伦比亚大学任教的实验物理学家吴健雄博士。吴健雄与美国国家标准局的低温物理学家埃里克·安伯勒合作，组建了一支由低温物理、核探测和晶体生长专家组成的团队。从1956年底开始，吴健雄团队的实验持续数月，精确测量钴-60在β衰变中释放的电子出射方向。如果宇称守恒，电子应等概率地向自旋方向的上方和下方发射；然而，实验结果显示：绝大多数电子的出射方向与原子核自旋方向相反，表现出强烈的空间不对称性。这一现象如同“左手螺旋”效应，确凿无疑地证明了在弱相互作用中宇称并不守恒。

吴健雄的实验消息传出后，美国物理学家利昂·莱德曼团队仅用4天时间设计完成基于π-μ-e衰变链的实验，也观测到该效应；麻省理工学院的杰罗姆·弗里德曼团队也独立完成验证。吴健雄团队与莱德曼团队的论文同时发表于1957年《物理评论》第105卷第4期，弗里德曼团队的论文发表在该刊第5期。三个实验证明了，在弱相互作用中，宇称不守恒。

宇称守恒这一定律在弱相互作用中被彻底推翻。这一发现震惊整个科学界，彻底改变了人类对自然对称性的理解。

（作者系亚太工程组织联合会执委、新兴技术常设委员会主席、中国科协国际合作部原一级巡视员）