日本科學家湯川秀樹對這個問題思考了很久，他認為：壹定有某種特殊的張力把質子保持在壹起。這種張力壹定非常強大，以至於能克服將質子相互推開的 "電磁力"。他還發現，當質子在原子核外時，它們相互排斥，沒有任何吸引的跡象。換句話說，這種力非常特殊，它只在非常短的距離內起作用。湯川秀樹把這種只能在原子核內探測到的極強吸引力稱為 "核力"。
1934年，湯川發表了壹篇關於基本粒子相互作用的論文，其中他預言用β粒子轟擊原子核會產生壹種新粒子，他假設這種粒子的質量介於電子和質子之間，並稱之為 "介子"。
第二年，湯川秀樹在對核力進行深入研究後聲稱，核力可以通過原子核中的質子和中子不斷交換介子而產生，質子和中子來回拋擲介子，當它們靠近到足以拋擲和捕捉這些介子時，它們就可以被保持在壹起，壹旦中子和質子遠離到足以讓介子不再相互接觸，核力就會失效。核力也會失效。
湯川秀樹的理論很好地解釋了核力，但這種介子存在嗎？當時誰也說不清楚。如果這種介子根本不存在，那麽湯川秀樹的理論就不成立了。
壹個偶然的機會，就在湯川秀樹宣布他的理論時，正在科羅拉多州高處派克峰研究宇宙射線的美國物理學家安德森為湯川秀樹的理論提供了證據。安德森用宇宙射線粒子撞擊空氣中的原子，將被撞擊的粒子引入充滿潮濕空氣的雲室，然後用照相機拍下粒子的軌跡進行研究。壹天，安德森從拍攝的數千張照片中發現了壹些特殊的軌跡，這些軌跡的彎曲方式表明它們比電子重，但比質子輕。這壹現象引起了許多科學家的興趣，經過仔細研究，1936年有人率先宣布發現了湯川秀樹描述的介子。
但幸運的是，後來的研究表明，介子比湯川秀樹預言的粒子稍輕，而且與他描述的粒子毫無關系。這種較輕的介子被稱為 "μ介子"（muon）。
雖然它不是湯川秀樹描述的那種介子，但壹種新粒子還是被發現了。科學家們歡欣鼓舞，並繼續尋找證據。1947年，英國物理學家科林-鮑威爾在玻利維亞安第斯山脈研究宇宙射線。他沒有使用雲室，而是使用了壹些特殊的照相藥物。當亞原子粒子撞擊這些物質時，它們就會變暗。
在研究粒子的軌跡時，鮑威爾還發現了壹種介子，它比早先發現的那種μ介子更重，被稱為 "π介子"（π-son），它擁有湯川秀樹所預言的那種粒子。
這些新的μ介子和π介子都是非常不穩定的粒子，在形成後不會持續很長時間，其中π介子在分裂成較輕的μ介子之前只存在了大約十億分之二秒。當它形成時，通常總是以每秒數千公裏的驚人速度飛行，即使在十億分之壹秒內，它也已經飛行了若幹厘米，從而留下了壹道痕跡，在痕跡的盡頭又變成了另壹種形式，這表明π子已經消失，取而代之的是μ子。μ子持續的時間相對較長，可以持續幾百萬分之壹秒，然後分裂成電子。然後，它分裂形成壹個電子。電子是穩定的，如果沒有外界影響，它將永遠存在。
到 20 世紀 40 年代末，原子核的圖景似乎已經非常完美，它包含質子和中子，由來回閃爍的π-子固定在壹起，化學家們已經計算出了每種不同原子中質子和中子的數量。