威爾遜雲室
劍橋大學的年輕的蘇格蘭研究生威爾遜，決定用1894年暑期的時間幫助尼維斯山上的氣象台解決難題。他回憶說：“當陽光照耀在山頂周圍的雲層上時，出現了一種非常奇妙的光學現象，使我十分感興趣，我希望能在實驗室裏模擬這種光學現象。”於是在1895年，他進行了一係列的實驗，企圖用人工的方法產生霧、雲和雨。
人們早就知道，空氣的劇烈膨脹會使空氣冷卻，如果空氣中的水蒸汽已飽和，水蒸汽就會凝結。於是他開始設計一種儀器，把空氣裝在一個圓筒形的玻璃室裏，玻璃室的底部是一個活塞，活塞可以驟然下拉。當玻璃室裏的空氣膨脹時，空氣就變冷，就有水珠形成。但是要做到這一點，還需要有某種物質微粒，使水蒸汽能圍繞著這個核凝結成水珠。在一般情況下，這種核是由塵埃的微粒來充當的。在威爾遜尚未從事這個題目的研究之前，科學實驗停留在這樣一個水平上：沒有塵埃，除了儀器壁以外的地方就沒有凝結現象發生。但是威爾遜這時指出，即使通過反複的凝結除掉了灰塵，如果空氣的膨脹超過了一定的限度，仍然會出現“雲”。也許空氣中有某種其他的“核”，可以充當這種凝結的中心。這種凝結跟圍繞著塵埃微粒進行的凝結不一樣，當核沉落到底部時，凝結現象並不消失。他寫道，這種核似乎“在任何時候的存在量都極少，一旦被除去，立刻就有同類的核補充上來”，這些核到底是什麼東西呢？
如果空氣暴露在當時新發現的X射線下，出現的核似乎要多一些。他很快就發現，這些核一定是離子——由於失掉了一個電子或獲得了一個額外電子而帶上了正電荷或負電荷的原子。在之後的若幹年中，他主要是研究雷電，但是由於受到盧瑟福等同事對在放射性中產生的α射線和β射線的研究工作的影響，他於1910年又轉而研究人工氣候。它們能跟X射線產生同樣的效應嗎？經過很長一段時間的研究之後，他製造出了一些基於舊原理的新設備。
新的雲室能非常理想地顯示出α射線和β射線在穿過雲室時產生離子的效應。當水汽圍繞著每一個離子進行凝結的時候，能清楚地看到這些粒子的軌跡，而且能拍下來，看見照片上的粒子拖著蒸汽尾巴。
以前，α粒子和β粒子的存在必須從它們的大量行為來推斷，現在人們可以追蹤單個的粒子，就像能根據馬蹄印追蹤馬一樣，十分清楚。更妙的地方是，像威爾遜在1912年指出的那樣，這些照片似乎證實了盧瑟福關於這些粒子的真正性質的解釋，還證實了他在這以後提出的關於原子的理論。事實上，威爾遜雲室在第一次世界大戰後的若幹年內，是研究亞原子粒子的物理學家手中最好的工具。科學家們拍了一些反映核轉變和核裂變的結果的照片，宇宙射線和正電子都是用雲室首次觀察到的。因此我們說，威爾遜在兩三個機械師的幫助下提供了一種變革基礎科學的手段。
回旋加速器
科學家們在發現了鐳之後的最初40年內對原子的研究，宛如偵察一個誰也沒有看見過的罪犯的行蹤，因為沒有倍數足夠大的顯微鏡來觀察原子，更不用說觀察比原子更小的核了。因此科學家們不得不像偵探一樣工作：被“通緝的罪犯”幹了這樣和那樣的事，留下了印跡，使專家們能夠想像他像個什麼樣子，在某種情況下會幹什麼事情。隻有實驗工作才能證明科學家們的理論是否正確。
盧瑟福早在1919年就布置下了一個這樣的圈套，采用的辦法是用氦核（由2個質子和2個中子組成）轟擊氮原子（由7個質子和7個中子組成），把若幹氮原子轉變成了氧原子。在查德威克於1932年發現了中子（事實證明它是一種極好的“炮彈”）之後，科學家們在這個新的鼓舞人心的領域做了大量的工作。1931年，加利福尼亞大學造了一台大型的機器，即勞倫斯教授設計的“回旋加速器”，這種機器是沿環形軌道加速原子核的粒子。回旋加速器的原理就像小孩兒打秋千一樣，其運轉由於不斷的推動而加速。在粒子加速器中，粒子在兩個強的電磁極之間通過，電磁極給粒子施加“推力”，使其達到最高速度，這就意味著增加能量（以電子伏為單位計算）。最後，當粒子束達到理想的能量時，就用磁場使其偏折，轟擊靶子。