然而，20世纪40年代末，关于电子与虚粒子相互作用的计算却得出这一结论：电子质量趋于无穷大——这是一个明显的错误，每个人都承认对于如此微小的粒子来说，这是荒谬的结果。费恩曼、施温格和朝永振一郎以新的理论眼光和从未有过的精确性，在数学上处理电子的行为，从而克服了这一错误。他们的计算可以极其精确地解释电子、正电子和光子的电磁相互作用。那么，有没有可能同样处理被所谓的强力牢牢约束在核内的中子和质子呢？希望很大。
粒子的阅兵式
用于揭示原子核秘密的实验进行得不太顺利。后来才明白，原子核与强核力比想象的要复杂得多。
早在1941年，汤川和科学界其他人就已经认识到，1936年安德森发现的介子并不是预言的强力携带者，而是别的什么东西。在1941年12月7日日本偷袭珍珠港之前不久，汤川正在京都，他沮丧地写道：“介子理论（他这样称呼）今天陷入僵局了。”
战争延缓了科学家之间的通信，也延缓了研究工作，不过仍有三位意大利物理学家设法在罗马的地下窒里秘密进行一个实验。他们的实验证明，安德森的介子很难与原子核相互作用。当他们终于有可能宣布实验结果时，已经是战后的1947年，于是再次开始继续寻找汤川的介子。
这段时间不长。战后，一家英国化学公司开始生产一种照相乳胶，可以显示高能宇宙射线。这时，布里斯托尔的鲍威尔（Cecil Frank Powell，1903—1969）正在领导一个小组，用这些乳胶追寻宇宙射线的踪迹。由于宇宙射线是人眼看不见的，鲍威尔和他的小组需要有一种方法来“看”宇宙射线和它们的行为。一个带电粒子穿过乳胶会留下一条离子的痕迹，结果在乳胶上形成一系列黑色的颗粒。从颗粒的数目和密度，鲍威尔及其同事们可以推算出粒子的某些特性，如质量和能量。还有，当他们观看宇宙射线粒子的踪迹时，他们发现了证据，证明有一些粒子是以强力与原子核相互作用的。再有，它们的重量非常接近于汤川预言的质量，比安德森的介子略微重一些。鲍威尔用希腊字母π和μ来区别两种中等重量的粒子，称新粒子为π介子，而把安德森的介子称为μ介子，后来就叫做μ子。那是1947年，正值费恩曼等人正在巩固QED以便解释和预言电子的行为。于是，人们开始激动地期待突破时刻的到来，以便一举解决原子核中的粒子问题。
然而，并不是每个人都欣喜若狂。鲍威尔的发现意味着，安德森的μ子是“额外”的，根据所有的现行理论，似乎是不必要的。哥伦比亚大学的物理学家拉比（Isidor Rabi，1898—1988）幽默地将了一军：“是谁订的货？”
核的故事不仅没有澄清，反而变得越来越混乱。在π介子之后，物理学家开始发现与它有关，或者与质子有关的一族一族的粒子。粒子的每次新发现，都使人更加认清，围绕核的虚云团一定比以前想象的更复杂，而描述相互作用的数学方程也变得无望地难解。1947年，曼彻斯特大学有两位科学家在他们的云室中认出了一个粒子，他们称之为K介子，以对应于π介子。（云室是一种实验装置，它靠过饱和蒸气中形成的液滴痕迹，使带电亚原子粒子的路径变得可见。）两年后，鲍威尔的小组在他们的乳胶里发现有一个带电粒子的轨迹分成三个，π介子，他们把这个新粒子叫做τ介子。直到1957年，才搞清楚这两种粒子不过是同一粒子不同的态——正型和负型，最后统称为K介子。在20世纪50年代初，宇宙射线物理学家还发现过另一种粒子，很像是带正电的质子的中性兄弟，他们称之为λ。
在这一混乱当中，有一件强有力的新工具立下了汗马功劳。在这以前，大多数发现都是由宇宙射线物理学家在云室中通过追寻粒子轨迹而作出的。但是要回答现在提出的问题，粒子物理学家需要比云室能够提供的更多的详细数据。就在此时，粒子加速器登场了。这些强大的机器可以提供均匀受控的高能粒子——例如电子或质子或π介子。它们相互撞击，通过追踪撞击结果，可以获得大量有关粒子特性的精确细节。实际上，物理学家运用加速器和粒子检测器可以做两类实验：散射实验和粒子生成实验。
在散射实验中，实验者跟踪粒子的散射情况来寻找有关核的信息：数目、方向和角度。从加速器出来的能量越高，结构的聚焦度越好。利用这一技术可以使科学家探讨核的组成——质子和中子是怎样结合在一起的？它们是怎样挤在一个核内，并且保持结合状态的？如果有更高的能量，实验者就可以探测到更深的地方，看看质子和中子的各个部分是怎样结合在一起的。
粒子加速器和探测器的第二种用途是发现新的粒子，这一用途很快就初见成效——到了1949年，加州伯克利的科学家们用大型同步加速器分离出了中性的π介子，这是用加速器找到而不是从宇宙射线中找到的第一个新粒子。这台加速器是在劳伦斯领导下建造的。
1955年的秋天，塞格雷（Emilio Segrè，1905—1989）和张伯伦（Owen Chamberlain，1920—2006）成功地发现了带负电的反质子，质子的反物质孪生子。从1932年8月2日安德森发现电子的孪生子——正电子，到现在差不多过去了25年。质子是在伯克利加州大学新建的质子加速器上加速，并以60亿电子伏的能量（用一束能量诱导反质子出现的最低能态）向铜靶冲击。
20世纪50和60年代，伯克利、布鲁克海文（在纽约州的长岛），斯坦福、费米实验室（在芝加哥附近）和欧洲核子研究中心（简称CERN，在日内瓦）的加速器发现的一大群新亚原子粒子充斥科学杂志。物理学家发现的粒子越多，他们找到未发现粒子的证据也越多，往往下一个角落里的粒子有可能更难以发现。
加速器的能量越高，物理学家就可以更深地进入原子核结构，从而越有可能裂解下一层次的粒子。劳伦斯1949年的同步回旋加速器得到的是100兆电子伏（MeV）的粒子束。到了20世纪90年代，费米实验室的万亿电子伏加速器可以把它的能量抬高到1万亿电子伏（TeV）。
实验者还发展了大量的设备以获得特殊的信息——不同类型的探测器，不同种类和不同能量的“子弹”，以寻找粒子的寿命、衰减方式等。（所有的新粒子都是非常不稳定的，很快就会转变成其他的粒子。）数据铺天盖地而来。
粒子物理学似乎正在向完全无序和混乱的方向走去。
原子核的结构
与此同时，两位物理学家正在用不同的方法探究原子核。一位是戈佩特·梅耶，1930年她在格丁根大学完成博士论文，同年与美国物理学家乔·梅耶结婚。结婚不久，迈耶夫妇迁到美国，乔·梅耶在约翰·霍普金斯大学找到了一份工作。这时美国正处于大萧条的初期，找工作不是一件容易的事情，而戈佩特·梅耶的领域是量子物理学，在美国尚未得到充分认识。
不允许亲属同时任职的校规不利于她获取职务，也有可能为偏见找到一个借口，她不能够在这所大学里找到带薪岗位。取而代之的是，约翰·霍普金斯大学给了她一个“自愿合作者”的岗位，一种临时研究者的身份，只有一点点薪水。后来她又在其他几所大学教书，都是无薪的。其中包括哥伦比亚大学、沙拉·劳伦斯学院、芝加哥大学、恩利科·费米核研究所。她还在曼哈顿工程中担任研究科学家，和泰勒一起工作，到阿贡国家实验室当高级物理学家。这戈佩特-梅耶是赢得诺贝尔奖物理学奖的第一位美国妇女（也是历史上第二位获得诺贝尔状的妇女）。时正值犹太科学家纷纷逃亡的年代，因为他们在国内已被剥夺公民权利，为了躲避德国与法西斯意大利的大屠杀，许多人来到了美国。结果，像戈佩特-梅耶和费恩曼这样的年轻科学家有机会在他们的领域里最杰出的一些科学家面前亮相，特别是在纽约和芝加哥。
戈佩特·梅耶在芝加哥附近的阿贡国家实验室的身份是半日制研究人员，她开始研究原子核和稳定同位素的结构，稳定同位素即使在放射性衰变的过程中也不会分裂。她通过与芝加哥大学的实验物理学家合作取得了阿贡回旋加速器的经验数据。她收集和分析统计资料，并且得出结论，认为质子或中子的某些数目似乎与稳定同位素一致，特别是2、20、28、50、82和126，她称之为“幻数”。经过进一步研究，她发表了一个假说，大意是说：原子核中的粒子就像电子那样，在壳层中围绕着中心旋转，这些壳层就“像洋葱的精致外壳，中心没有东西”。
与费米的一次谈话启发了她想到自旋轨道耦合，于是她直觉地看到了她的幻数和核结构之间的关系。自旋轨道耦合涉及沿轴旋转的质子和中子，有的顺时针旋转，有的逆时针旋转。某一自旋方向能量略微小些，这一差别可以解释幻数。她的结论是，原子核是由一层层质子一中子壳层组成，靠复杂的作用力保持各自的位置。1950年戈佩特·梅耶发表了两篇论文讨论她的理论。这一年晚些时候，她访问了詹森（Hans Jensen，1907—1973），詹森也同时提出了原子核的壳层理论。他们决定合作写一本书，详细说明原子核的结构。1960年，戈佩特·梅耶成为圣地亚哥加州大学物理学教授。1963年詹森、戈佩特·梅耶和维格纳（Eugene Paul Wigner，1902—1995）一起分享诺贝尔物理学奖。
夸克的领域
要穿越混杂的亚原子粒子堆找到出路可不是件容易的事情，但是有一位身手不凡的物理学家却因打通这一路径而著名——他天才地洞察这片地貌，富有洞察力地把它描绘了出来，又用古怪的名字和文学性的比喻刻画这一诡异多端的踪迹。
盖尔曼（Murray Gell—Mann，1929—）出生于纽约市，他父亲来自奥地利，在纽约安了家。他在15岁生日那天进入耶鲁大学，仅此就意味深长。他21岁从麻省理工学院获得博士学位，在芝加哥进一步跟随费米做研究工作之后，27岁时被加州理工学院聘为教授。他具有犀利的头脑、高度不凡的兴趣和语言天赋（能流利地说多种语言，包括斯瓦希里语）。
在盖尔曼到达加州理工学院时，他已经深深沉浸于粒子物理学的丛林之中。除了查德威克的中子、狄拉克的正电子和泡利的中微子以外，汤川还假设了介子——介子被发现了很多：有安德森的μ介子，后来叫做μ子，因为发现它不是介子；而鲍威尔的π介子才是汤川的强力携带者。到了20世纪50年代还有K介子，比较重，大约为质子质量的一半。不久以后，比质子还要重的粒子也开始陆续被发现——这些重粒子叫做超子。
20世纪so年代，盖尔曼对K介子和超子特别感兴趣。他认为，这些粒子是由强相互作用产生的，按理也应该被强相互作用分解。但是情况恰恰不是这样，相反，它们会被弱相互作用分解（放射性辐射中的相互作用就是证据）。
早在19世纪90年代，当玛丽·居里和皮埃尔·居里开始研究放射性时，他们曾小心翼翼地测量神秘的“β射线”辐射（核里释放出的电子）的结果，除了贝克勒尔这些同事，几乎未曾有人听说过此事。但是到了20世纪50年代，关于放射性和控制它的弱相互作用已经广为人知。弱相互作用比大家熟悉的电磁相互作用要弱一千倍，并且比起把核粒子束缚在一起的强相互作用来更弱。弱相互作用已经成为理解得很透彻的现象，或者至少大多数物理学家是这样想的。
有一个事实却难以理解。按理说，非常弱而且较慢的弱相互作用应该不会超过更快的强相互作用。根据已有知识，K介子应该通过强相互作用衰变。但它们却不是这样，它们只是通过弱相互作用衰变，这一事实对于粒子物理学家来说，的确非常奇怪，结果他们开始把K介子和超子称为“奇异粒子”。
关注奇异性
于是在20世纪50年代初期，盖尔曼开始沉浸于奇异性问题。与此同时，日本物理学家中野董夫（Tokyo．Nakano）和西岛和彦（Kasuhiko Nishijima）也各自沿着同样的思路得到了类似的结论。在探索亚粒子时，盖尔曼开始成组地思考，而不是分别对待它们。例如，如果你关注中子和质子的特性，就会发现它们在每个方面都惊人地相似，除了一组带正电，一组中性。盖尔曼发现，如果你忽略亚粒子的电荷，原子核内的大多数亚粒子似乎就能分成两三个小组。
于是，盖尔曼根据除电荷以外的所有特性，把已知粒子分成小组，然后，按照每个组所有成员的总电荷，给每个组指定一个电荷中心。例如，中子一质子组的电荷中心为＋1／2（由于这个小组的总电荷是＋1，成员为2）。但是对于K介子和超子，很奇怪，电荷中心不像别的小组那样在中心，而是偏心的。盖尔曼发现，他可以测量偏心的大小，并且用一个数表示偏心的程度——这个数就叫“奇异数”。质子和中子的奇异数为0，因为它们完全不偏心。但是他发现有些粒子的奇异数是＋1、－1，甚至－2。
并且，盖尔曼还注意到了所有粒子相互作用的模式：在任何相互作用中，所有粒子的总奇异数恒为常数。也就是说，在相互作用的前后它都是相同的。物理学家喜欢这一点，因为它显示了某种对称性的存在（自然界常常这样表现，所以这些结果看来是可以接受的）。相互作用中的奇异数守恒也可以定量描述（物理学家总是喜欢这样——因为定量表述比主观观察更容易验证）。再有，盖尔曼的观察可以用于解释奇异粒子意想不到的长寿。盖尔曼和中野董夫-西岛和彦小组都在1953年发表了他们关于这一思路的论文。
然而，弱相互作用还有一些谜团仍然没有得到解释——1956年的一天午饭后，杨振宁（Chen Ning Yang，1922—）和李政道（Tsung Dao Lee，1926—）在纽约市的白玫瑰餐馆聊天时谈到了这些谜团。当这两位长期合作的伙伴交谈时，他们开始暗自猜测以前从未有人想过的弱力问题。
左手世界
1922年，杨振宁出生于中国合肥，23岁时到美国，欲拜费米为师。当他抵达纽约的哥伦比亚大学时却发现费米已经去了芝加哥大学，于是他不慌不忙追到芝加哥，在这里，他跟随费米学习，1948年取得博士学位。也就是在这里，他遇到了李政道，其实，他们在中国时早就认识。1956年，杨振宁已经颇有声望，因为在1954年他和米尔斯（Robert Mills，1927—1999）提出了当时叫做杨-米尔斯规范不变场的理论，为量子场论奠定了基础。