楊振寧教授（左）和李政道教授（右）掖蛤。（圖片來源：
http://www.ktgss.edu.hk/academic/physics/phyindex/files/PhysicsStarYang.htm）
故事要回到1950年代。
當時粒子物理學是個非常熱門的研究領(lǐng)域崔泵。物理學家花了大量的時間來理解那些新發(fā)現(xiàn)粒子的性質(zhì)：它們的電荷、自旋猪瞬、質(zhì)量和衰變等等憎瘸。其中有兩個粒子（θ 和 τ）特別有意思，它們會分別衰變成兩個和三個 π 介子：
越來越多的精確實驗顯示 θ 和 τ 有幾乎相同的質(zhì)量和壽命陈瘦，暗示著它們可能是同一種粒子幌甘，只是有兩種不同模式的衰變。這并沒有什么奇怪的，除了它違反了宇稱守恒定律：根據(jù)該定律锅风，兩個 π 介子的宇稱為+1酥诽，三個 π 介子的宇稱則為 -1。如果 θ 和 τ ?是同一種粒子皱埠，它可以衰變?yōu)?+1的宇稱肮帐，也可以衰變?yōu)?1的宇稱。因此边器，宇稱不守恒训枢。而這絕對不可能！這個困境被稱為 θ - τ 之謎忘巧。在1953年 - 1956年間恒界，這個問題逐漸被認為是粒子物理學的一個關(guān)鍵問題。
從1955年到1956年砚嘴，楊振寧和李政道向這個問題發(fā)起了進攻十酣，他們想出了許多解釋方案。其中一個就跟宇稱不守恒有關(guān)枣宫。
在粒子物理學中，宇稱就是所謂鏡像對稱性吃环。當你照鏡子的時候也颤，鏡中的你跟現(xiàn)實中的你正好左右相反。如果你舉起右手郁轻，鏡像中的你就會舉起左手翅娶。鏡中的你心臟在右側(cè)，身上的表針逆時針走好唯。
宇稱對稱性：左邊是原來的時鐘竭沫，右邊為鏡中的時鐘。（圖片來源：Wikipedia）
現(xiàn)在想象有一個鏡像宇宙骑篙，在這個宇宙中所有的東西都是相反的蜕提。在這個宇宙中，太陽會打西邊升起靶端，從東邊日落等等谎势。但基本上沒有任何其它東西會改變，事實上我們只要把左邊和右邊的概念對換一下就會跟我們身處的這個宇宙沒有任何區(qū)別杨名。至少脏榆，這種情景在宇稱守恒的前提下是正確的。在大多數(shù)情況下台谍，自然并不區(qū)別左和右须喂，宇稱是守恒的。左右對稱是如此的深入人心，可想而知當宇稱不守恒被提出來的時候坞生，在當時看來是多么的驚世駭俗仔役。
當時已知的四種基本相互作用。從左至右分別為：電磁相互作用恨胚、弱相互作用骂因、強相互作用和引力。當時物理學家認為這些基本相互作用應該都遵守宇稱守恒赃泡。（圖片來源：Stichting Maharishi University of Management, the Netherlands）
1956年4月3日-6日寒波，在紐約羅切斯特召開的高能物理會議上，θ-τ之謎引起了很多討論升熊，但沒有一個解決方案是令人滿意的俄烁。楊振寧在對該謎題做了總結(jié)報告后绰精，引發(fā)了更激烈的討論璃氢。在回答理查德·費恩曼提出的關(guān)于宇稱不守恒的可能性中，楊振寧回答特幔，他和李政道曾分析過這種可能性蓖柔，但還沒有得到確切的結(jié)論。
費恩曼（左）和楊振寧（右）牢贸。（圖片來源：GettyImages）
楊振寧和李政道并沒有放棄探索這個難題镐捧。在1956年4月末或五月初的一天潜索，他們二人來到了紐約的一家中餐館。據(jù)回憶懂酱，當他們坐下來的時候，腦中迸發(fā)出了一個重要的想法：支持宇稱守恒的證據(jù)皆來自電磁相互作用的過程（如原子發(fā)光）或強相互作用的過程（如兩個原子核的散射）列牺。那時，θ - τ 衰變在1956年已經(jīng)被確定為由弱相互作用所決定瞎领。在兩到三個星期后蔓榄，通過許多的計算，他們證明了所有此前的β衰變實驗實際上都太過于簡單無法檢驗在β衰變中的宇稱是否守恒默刚。因此在弱相互作用中宇稱守恒仍值得探討甥郑，他們也提出了許多實驗方法來檢驗荤西。
李政道和楊振寧關(guān)于弱相互作用中宇稱不守恒的論文伍俘。（圖片來源： Lee, T. D. & Yang, C. N.）
他們的論文在1956年6月完成勉躺，之后發(fā)表在《物理學評論快報》【2】。當時這并沒有引起關(guān)注妨退。泡利在寫給維克托·魏斯科普夫的一封著名信件中寫道：“我不相信上帝是個弱左撇子…” 當時實驗物理學家并不想嘗試他們在論文中所提出的實驗，因為沒有一個是簡單的咬荷。此外轻掩，物理界普遍認為他們的提議并不能解決θ - τ 之謎。泡利和費恩曼都為此下了賭注唇牧，認為宇稱必定守恒。
在他們眾多的實驗提議中腔召，有一個涉及自旋的原子核扮惦。（對原子不熟悉的讀者可以閱讀《你腦海中的原子模型是什么樣的？》）
為了便于理解径缅，這里我定義一下一個自轉(zhuǎn)物體的自旋方向烙肺。假想把你的左手手指圍繞著一個自轉(zhuǎn)物體（比如自旋的原子核）彎曲起來，手指的方向和轉(zhuǎn)動物體表面的運動方向一致氏堤。我們定義自旋的方向為拇指所指的方向。
李政道和楊振寧建議研究一個自旋的放射性原子核鼠锈。在放射性原子核中星著，原子核有一定的幾率發(fā)生衰變。如果弱相互作用決定衰變虚循，則此幾率是很小的样傍。發(fā)生衰變的原子核會放出一個電子和一個中微子铺遂。后者無法在實驗中觀測到。
現(xiàn)在襟锐，射出的電子是沿哪個方向運動成為了關(guān)鍵。假定在現(xiàn)實世界中蚊荣，電子沿原子核自旋方向（向上）射出捞蚂。在鏡中，原子核的自旋方向向下姓迅，電子則沿原子核自旋的相反方向射出！那么丁存，如果宇稱守恒扩然，電子應該在核自旋方向和相反方向有相同的射出幾率。
因此自然是否區(qū)分左右夫偶，這個重任就落到了實驗身上觉增。如果我們在實驗中能夠記錄到電子更多沿核自旋方向射出，我們就可以得出結(jié)論：宇稱不守恒逾礁。
當時在哥倫比亞大學的吳健雄教授是β衰變實驗方面的權(quán)威，她對楊振寧和李政道的想法產(chǎn)生了極大興趣腻扇，當即取消了暑假旅行砾嫉，立即著手工作幼苛。
雖然焕刮，上面的理論聽起來很簡單舌剂，但是要通過實驗證明則需要克服巨大的困難暑椰。例如，首先吳教授需要大量自旋的原子核避消，而且必須把這些原子核自旋排列起來召夹，實驗才能奏效，因此需要在極低溫的環(huán)境下進行實驗监憎。
吳健雄教授的實驗示意圖鲸阔。（圖片來源：Wikipedia）
1957年初，吳教授和她的合作者發(fā)表了實驗結(jié)果【3】：電子主要從一個特定方向射出褐筛，在β衰變中宇稱不守恒。整個物理界被這一結(jié)果驚得目瞪口呆硫狞！由于β衰變只是弱相互作用的一種類型晃痴，物理學家需要驗證楊振寧和李政道建議的其它實驗。短短幾年內(nèi)泣侮，許多實驗室都著手不同的實驗，結(jié)果表明旁瘫，在所有弱相互作用過程中琼蚯，宇稱都不守恒惠况。
左邊為泡利，右邊為吳健雄峦睡。（圖片來源：LAPP）
楊振寧和李政道為此獲得了1957年的諾貝爾物理學獎。而他們的工作也直接或間接的導致了粒子物理學家在接下來的歲月中把精力集中在研究不同的對稱性榨了。
宇稱不守恒的發(fā)現(xiàn)深刻的改變了我們對自然先入為主的概念龙屉，自然遠遠要比我們想象的更加聰明，以及善于隱藏转捕。同時，它的發(fā)現(xiàn)對于我們理解物理世界有著非常及時的和意義深遠的沖擊痘儡。
而這僅僅只是楊振寧教授的貢獻之一枢步。他在理論物理學的貢獻包含了許多領(lǐng)域，從粒子物理學到統(tǒng)計力學再到凝聚態(tài)物理學醉途，對抽象理論和現(xiàn)象學分析都產(chǎn)生了重大的影響。在他13項重大的科學貢獻中脯倚，楊-米爾斯理論才是最重大的貢獻嵌屎。
我相信，當你真正了解到楊教授的工作所帶來的意義后植榕，就會被他的思想所折服。我想尼夺，他在他人生中的每一個決定都有其非凡的意義。
參考資料：
【1】
http://insti.physics.sunysb.edu/~yang/yangbio.pdf
【2】
http://journals.aps.org/pr/pdf/10.1103/PhysRev.104.254
【3】
http://journals.aps.org/pr/pdf/10.1103/PhysRev.105.1413
【4】
A.Zee寝衫，《Fearful Symmetry: for beauty in modern physics》
