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소립자의 반전성 보존원리(원자구성입자의 상호작용은 공간적으로 거울에 비친 것처럼 반사대칭을 이루는 특성을 가진다는 원리)에 어긋나는 사례를 발견해 소립자 물리학 이론을 크게 발전시킨 공로로 1957년에 양전닝[楊振寧]과 함께 노벨 물리학상을 받았다.

1946년에 미국으로 이주한 그는 학사학위도 가지고 있지 않았지만 시카고대학교 물리학과 대학원 과정에 들어가 양전닝과 함께 공부하기 시작했다. 그는 버클리의 캘리포니아대학교 물리학부에서 잠시 연구하고, 뉴저지 주 프린스턴의 고등연구소에서 2년 동안 양전닝과 함께 연구한 뒤, 1953년에 컬럼비아대학교 물리학과 조교수로 임명되었다.

1956년 리와 양은 세타(θ) 중간자와 타우(τ) 중간자가 서로 다른 반전성 방식으로 붕괴하기 때문에 그때까지는 서로 다른 소립자로 여겨졌지만, 사실은 동일한 소립자(지금은 이것을 K중간자라고 부름)라는 결론을 내렸다. 반전성 보존의 법칙에 따르면, 하나의 소립자는 정반대의 반전성을 나타내는 붕괴방식을 동시에 가질 수 없기 때문에 여기서 끌어낼 수 있는 유일한 결론은 적어도 소립자 사이의 약한 상호작용에서는 반전성이 보존되지 않는다는 것이었다.

그들은 이 가설을 입증하기 위해 실험을 제안했고, 1957년 컬럼비아대학교 교수로 있던 우젠슝[吳建雄]은 실험 결과 그들의 이론이 옳다는 것을 확인했다.

1960년에 그는 고등연구소 물리학교수로 임명되었고, 3년 뒤에는 컬럼비아대학교로 돌아가 최초로 엔리코 페르미 석좌(碩座) 물리학교수가 되었다. 1964년부터 소립자 사이의 몇몇 약한 상호작용 중에는 시간역전불변성 법칙이 지켜지지 않는다는 것을 설명해 이 분야에 크게 공헌했다.