李政道和杨振宁发表什么研究成果

1956年的一段时间，杨振宁和李政道都陷入苦苦的深思之中。

“也许在弱相互作用下宇称根本是不守恒的。”

这个念头一直在两个人的头脑中萦绕，但科学不是儿戏，任何一句话都须有足够的实验事实，更何况这是已被许多人奉为金科玉律的宇称守恒定律！

他们两人几乎天天在哥伦比亚的那个中国小餐馆会面，为了一个公式、一个概念、一个定理，反复推敲、反复比较、反复论证。

“θ—τ衰变是属于弱相互作用，在这个过程中宇称也许并不守恒”，这一想法在两人头脑中时隐时现。可问题在于，宇称在θ—τ衰变中不守恒以后，接下去该做什么？虽然他们讨论了这一可能性，但是当时并未能取得任何进展。作为一种替代，他们撰写了论宇称双重态的论文，并在1956年第102期《物理评论》上发表。不幸的是，这也是一次失败的尝试。

对传统观念提出怀疑，不仅需要有足够的胆量，而且更要有卓越的见识和确凿的证据。

人们认为日常生活中左右变换下是对称的，但却忽略了事实上许多情况下存在着不对称，比如，我们的心脏就只长在左边，中国的阴阳图也是一个非对称分割的圆。实际上在中国古老的文化中，素来就强调不对称的思想。宇称守恒定律确是了不起的，然而李政道和杨振宁认为，人们把它的作用任意夸大了，把它无限制地推广到任何范围，这就抹杀了对称中原本包含着的不对称因素。他们俩人的思路常常想到了一起，这时他们就会心地相视一笑，手中的笔依旧在稿纸上飞驰着。

一天深夜，李政道家的电话又响了起来，电话里传来杨振宁兴奋的声音：

“我借来了西格本的《核谱学》，厚厚的一大本。明天你到我这儿来，咱们逐个推算。我感觉到原来的宇称守恒实验，没有一个是属于弱相互作用的！”

“行！明天我一早就去！”李政道同样兴奋地回答。

第二天一大早，李政道就迫不及待地来到杨振宁的办公室。一大堆书和一大摞稿纸铺满了桌子，熬红了双眼的杨振宁疲倦而又兴奋。

“杨兄，要注意身体啊！”李政道笑着对杨振宁说。

“哈，彼此！彼此！来，坐下！坐下！”杨振宁兴奋地说着，一边捧过来一大堆书。

“我已经算了几个，确实都相当精确地证实了宇称守恒定律，可这些实验没有一个是属于弱相互作用的！”杨振宁把笔一挥，兴奋地指着稿纸，接着对李政道说：

“就是1933年费米先生的β衰变实验数据，对于宇称守恒也不能给出回答。虽然在以往的实验数据分析中都假定了宇称守恒，但这实际是完全不必要的！”

“确实如此！”李政道颇有同感地说，“因为不管我们是否假定宇称守恒，都同样可以说明以往的实验事实，或者说这些实验老是与左右是否对称无关的实验！”

……

整整一个夏天，李政道和杨振宁都在一个又一个地检查、核算所有有关的实验结果，从中他们更加坚定了自己的看法。一个新的发现趋于成熟了。

1956年4月，在美国纽约州西北部罗彻斯特举行的两年一度的国际高能物理会议上，杨振宁代表李政道应邀在会上就“θ—τ之谜”及当时粒子物理理论作了总结性的报告。杨振宁的报告，引起了科学家们很大的兴趣。他们认为，解决“θ—τ之谜”中宇称是否守恒这一进退维谷问题的一个根本途径，就是把宇宙“一分为二”，假设每一个“奇异数”为奇数的基本粒子可以存在两种形式之中，则其宇称相反而其他性质完全相同。

物理学中的发现大都是时机成熟后作出的，如果某人不作的话，则一定会有另一个人在同一时期作出。事实上，因“θ—τ之谜”的出现，已有不少物理学家对宇称守恒定律表示了怀疑。

来自加利福尼亚州理工学院的理论物理学家费曼（Richard Feyhman，1918—1988，因在量子电动力学方面所做的对基本粒子物理学具有深刻影响的基础工作，与许温格和朝永振一郎一起分享了1956年度的诺贝尔物理学奖金），在会议期间与一位名叫布洛克的实验物理学家同室居住，布洛克在第一天晚上就曾向费曼提出，在弱相互作用下，宇称也许干脆是不守恒的。他们两人为这一问题讨论了好几个晚上，并一致认为布洛克提出的问题不无道理。

费曼在发言中把他们的讨论告诉了同组的杨振宁，杨振宁说，他与李政道已经考虑 过这个想法，但尚未得出定论。首次发表关于宇称守恒想法的维格纳先生也认为在弱相互作用中宇称守恒或许是不成立的。

李政道的同事杰克·斯坦伯格当时正在进行超子产生和衰变实验研究。在这次会上，当杰克讨论超子的产生平面和衰变平面之间的二面角φ时，李政道突然意识到，虽然这个二面角与宇称无关，但如果改变它们的定义，那么在φ从θ到π的事件与φ从π到2π的事件之间就可能会有一个不对称性，这也许就是那把缺掉的钥匙。

李政道十分激动，并敦促杰克立即重新分析一下他的数据，并从实验上检验这一想法。实验结果表明有差别。但因为统计有限，还不能由此引出结论。后来李政道曾说：“要不是杰克与他的小组有很高的标准的话，那么就可以把这一实验结果认为是首次表明了宇称不守恒。”

1956年10月1日，在该天出版的《物理评论》上，杨振宁和李政道发表了一篇题为《弱相互作用中宇称守恒的问题》的论文，后来这篇论文被誉为“战后最激动人心的发现”。

李、杨在论文中指出：

虽然在所有强相互作用中，宇称守恒的证据是强有力的，但在弱相互作用中，宇称守恒的证据却一个也找不到。因此，可以认为，在弱相互作用中宇称守恒定律也许根本就不成立。如果是这样，则“θ—τ之谜”就可以轻而易举地被解决。θ介子和τ介子原本就是一个粒子，即K介子。

他们又谨慎地补充道，

“不过因为目前我们关于奇数粒子的知识仍然很缺乏，所以上述论证是不能认真对待的，倒不如把它看做是考查宇称守恒问题的一个推动力。”

杨振宁和李政道所提出的观点，还尚待实验的验证。但这可贵的念头也许就是走出窘境、摸出黑屋子的方向。

这两位初出茅庐的中国小博士，没有任何历史的成见、没有成功带来的包袱，敢于摆脱已有经验的束缚、敢于冲开固有理论的羁绊。他们并不是拆掉旧理论的整幢房子，而是在旧房子旁建造一个新的殿堂。就像登上了一座新的山峰，视野扩大了，原来隐蔽的东西被发现了，而旧有的理论仍历历在目，只不过显得小了一点，只能成为更广阔视野中的一部分而已。

杨振宁、李政道的论文刚刚发表的时候，由于还没有经过实验验证，很多人不相信他们那不寻常的大胆声明。

泡利，当时世界上最伟大的理论物理学家之一，首先表现出对李、杨的观点难以接受。他在给一位朋友的信中写道：“我不相信上帝是一个软弱的左撇子。”并说他已经准备了好一大笔赌注，敢打赌“实验将获得对称的结果”。

加利福尼亚理工学院的费曼教授本来曾认为“在弱相互作用下宇称也许干脆是不守恒的”，可现在他对宇称守恒的看法是：“我认为，这个概念不一定兑现，但并非不可能，而且这个可能性还是很惊人的。”另一位实验物理学家诺尔曼·拉齐姆曾对他说：“我们来做一下这个实验，看看宇称在β衰变中是否真的遭到破坏。你是否愿以100元对1元跟人打赌？”费曼回答道：“不，但打50元的赌我倒是情愿！”可惜拉齐姆没去做这个实验，人们没有看到他们打赌的结果。

论年龄，这些科学家是杨振宁、李政道的父辈；论学识，这些人是誉满全球的著名学者。然而，正因为李政道和杨振宁年轻，才没有成见，才能打破传统的观念，实现新的突破。

当然，仅仅一篇论文还不够，还要有令人信服的实验，用无懈可击的实验去验证，去判断。于是李、杨二人又设计了涉及β衰变、π-μ、μ-e及奇异粒子衰变的一系列切实可行的实验方案。正像在诺贝尔奖颁发会上，杨振宁详细介绍的那样：

“所有这些实验的基本原理全都一样：安排两套实验装置，它们互为镜像且包含弱相互作用，然后检查这两套装置仪表上的数据是否总是相同。如果读数不同，就毫不含糊地证明左右对称性不成立。”

然而这种实验难度是很大的，要取得成功，既需要有高超的实验技术，还要有愿意同他们一起冒险的创新精神和不怕失败的奉献精神。谁能为这个敢于唱反调的理论去付诸实践？李、杨二人同时想到了著名华裔女物理学家、β衰变实验专家——吴健雄。