一、神秘的射线
1895年，德国的一位物理学家威廉·康德拉·伦琴发现置于真空放电管附近的密封底片，虽然没有暴露在光线下，但却变成了灰色。伦琴断定，放电管内一定存在着能穿透底片的“光线”。他抓住这一现象追踪下去，并将涂有铂氰酸钾磷光质的屏幕，置于放光管附近，屏幕闪闪发光。他又将金属厚片置于放电管和磷光屏中间，屏幕后便出现了金属的阴影。倘使再换上轻质的薄铅片或木片，屏幕几乎看不到这种阴影。当用这种射线来观察人体时，更为神奇的现象发生了：活龙活现的人体在屏幕后除剩下骷髅般的骨骼外，其他的一切都不见了。
无独有偶，继神秘的X射线发现之后，1896年，法国的亨利·贝克勒尔，想起了有一种天然铀盐矿石，经太阳曝晒之后，在暗室中观察，矿石会发出一种浅绿色的荧光。他为了考察新发现的X射线，将一块天然铀盐矿石放在一张用黑纸包起来的照相底片上，打算放在太阳下曝晒，看底片是否也会像X射线那样感光。十分不巧，天气阴雨，贝克勒尔只得把底片连同矿石一起锁在不见光的抽屉里，并无意地在底片上放了一把钥匙，许多天过去了，贝克勒尔灵机一动，不妨把这张底片也冲出来看看。又一桩神奇的现象出现了：底片早已感光了，还呈现出一把钥匙的清晰阴影。进一步考察表明，这种射线是一种新的、穿透力也很强的射线。
1900年，居里夫妇开始有系统地从元素、化合物、天然矿物中寻找这种效应。他们从沥青铀矿和其它几种含铀矿物中，发现了比钠盐更为活跃的元素。居里夫人和贝蒙特合作，从沥青铀矿中制取了放射性元素镭。另几位学者还发现了钋和锕。
这一连串的新奇发现，引起了科学家们的震惊和注意。原来，原子量很大的元素，几乎都具有放射性。经过一段研究之后，人们才弄清了放射出来的射线具有三种不同的成分：一种叫α射线，这是由两个质子和两个中子组成的、质量为氢原子质量四倍的正粒子流；一种是β射线，也就是贝克勒尔发现的射线，它其实就是一种电子流；还有一种射线叫γ射线，这是一种比X射线穿透力还要强得多的射线，它是一种不带电的光子流。
物理学家们开始把注意力集中到原子核内部。那些来自原子核深处的神秘射线显示出：物理学中尚有一块未被开恳的“处女地”。到底是什么力量把α、β、γ射线中的粒子从原子核内部抛出来的呢？直到20世纪30年代，人们对原子核内部有了一个初步了解之后，才发现了支配微观世界规律的，又有一种新的自然力。
二、费米的弱力理论
从19世纪末开始，人们的视野穿透到了另一个天地——微观世界。人们弄清了原子是由很小的原子核和绕核旋转的电子所组成。随后，人们又弄清了原子核是由带正电的质子和不带电的中子构成的。还搞清了它们之间的一些变化关系：中子发射一个电子就变成质子；质子又可发射一个正电子变成中子。表面看来，人们已弄清了一些新奇的、微观粒子的“换身术”。
中子→质子＋电子
质子→中子＋正电子
天然的β衰变，正是原子核内的中子放出电子，衰变成一个质子的现象。当人们想进一步弄清β衰变时，物理学竟在微观领域遇上了一场生死存亡的挑战。按照物理学中最重要的能量守恒定律，β衰变过程中，原子核内部中子衰变成质子而失去的能量，应该等于它所放出的电子带走的能量。然而，实验结果表明，电子所带走的能量，总比原子核应该放出的能量少得多。直接观测的β衰变过程表明，电子具有从零到某一上限的不同动能。这说明原子核所失去的能量并不恒等，有多有少。物理学家们为此提出了种种假设，但都无法解释这桩怪事。
正在这个紧要关头，在玻尔领导的哥本哈根理论物理研究所里，有位大胆的青年物理学家泡利，于1933年提出了一个崭新的理论：在微观世界，确实存在着一个“窃能贼”，把原子核内释放的一部分能量偷走了。泡利假设：它可能不带电，质量也非常小，同周围的相互作用力很弱，所以就不知不觉地从测量仪器下溜走了。
恩里科·费米紧紧抓住泡利关于“中微子”的假设，继续向纵深思索：如果中微子真的存在，那么，在原子核里出现的β放射性行为，就可以解释为这样一个道理：原子核中的中子在衰变成质子的过程中，不仅是放出一个电子，同时还放出一个中微子。这就是说，前面所讲的那种“换身术”不对，正确的方法应是：中子→质子＋电子＋中微子究竟是一种什么力促使这种变化呢？仔细分析，电磁力不可能产生这个过程，因为电磁力的传递者是光子，而在这种衰变中没有光子参加。费米作了一个大胆的尝试，他假定：从质子到中子的衰变过程，是由于自然界中某种新的力引起的。经过一番琢磨，费米得出了几个新颖奇特的结论：（1）这个力要比电磁力弱10的11次方倍，但比万有引力要强得多；（2）这个力只能发生在四个自旋为二分之一的基本粒子之间；（3）这个力的作用力程非常短，几乎为零，即参与相互作用的粒子彼此一离开，力就迅速地消失了。
弱力没有本领把任何粒子束缚在一个较复杂的体系中，它只存在于一些粒子发生衰变和浮获的一瞬间，粒子之间一离开，弱力马上就消失。
人们认为自然界果真是存在着一种新的自然力——弱力。费米也因创立了弱力理论而闻名天下，他的理论得到了举世公认。
三、奇异的K介子
继1956年发现中微子之后，1957年人们又弄清了弱力还有一个奇怪的脾气。事情发生在一种叫K介子的基本粒子身上。1949年，科学家第一次在宇宙射线的照片中，看到一种奇异的粒子，四年之后，用强大的加速器又人为地获得了这种粒子，后来把它命名为K介子。K介子有四种，其中两种分别带正、负电荷，记作K±，另外两种不带电荷，记作K0。所以称K介子为奇异粒子，其原意是，这类粒子产生的时间非常短，约只有10-24秒；但平均寿命则一般在10-10秒以上，相对来讲又很长。
说起K介子之奇异，还有它另一段很不平凡的经历。1955年前后，围绕着奇异的K介子，物理学上发生了一桩大疑案，当时物理学家发现有两种K介子：一种衰变成两个π介子；一种衰变成三个π介子。为了区别它们，便将前者命名为θ介子，后者命名为τ介子。θ和τ介子除了衰变的差别之外，其它性质几乎一模一样。假如认为θ介子和τ介子是同一种粒子，只不过具有两种衰变方式，那么，就要动摇现代微观物理学中一条神圣的基本定律——宇称守恒定律。宇称守恒定律是关于微观粒子体系的运动或变化的、具有左右对称性的定律。微观粒子体系在发生某种变化过程时，如核反应、基本粒子的产生和衰变等，其变化前的总宇称（其值为＋1或-1）必须等于变化后的总宇称。其物理意义是：粒子体系和它的“镜像粒子”体系都遵从同样的运动变化规律。这条定律后来被李政道和杨振宁所打破，证实基本粒子的弱相互作用中，宇称并不守恒。
四、中间玻色子理论
在已经发现的自然力中，弱力是最独特的一种，费米理论在解释弱作用过程中，尽管得到成功；但他提出：弱力只发生在基本粒子直接接触的一霎那间。很多物理学家不喜欢弱力的这种脾气，他们总是致力于追求大自然的和谐统一。
20世纪50年代末，李政道、费曼和盖尔曼等人，提出了一种新的理论——荷电中间玻色子理论。这种理论的建立，在相当大的程度上是基于电磁理论的启发。从中间玻色子理论来看，弱力和电磁力之间，只要把“电荷”换成“弱荷”，把“电流”换成“弱流”，把传递电磁力的“光子”换成传弱递力的“中间玻色子”，就立即可以得到有关弱力理论的新概念。弱力被描写成交换一种叫中间荷电玻色（这种中间荷电玻色子记作W±粒子）的过程，根据测不准关系，作用力的力程与交换的粒子的质量成反比。（测不准关系即一个微观粒子和某些成对的物理不可能同时具有确定的数值，其中一个量愈确定，则另一个量的不确定程度就愈大。）电磁力和引力的作用力程为无限大，被交换的光子和猜想的引力子的质量为零。而弱力的作用力程如此之短（小于10-15厘米），那么，被交换的W±粒子的质量必然很大。理论计算出这种粒子的质量，约为质子质量的75倍，为几十亿电子伏。
正因为中间玻色子太重，现在的高能加速器很难把它产生出来，弱力的中间玻色理论，和费米理论一样，也可以用来解释基本粒子中的弱过程，并且很难区分哪一种理论更好些。