1933年美国科学家范德格拉夫（R·J·vandeGraaff）发明了使用另一种产生高压方法的高压加速器——命名为德范格拉夫静电加速器。这两种粒子加速器均属直流高压型，它们能加速粒子的能量受高压击穿所限，大致在10MeV。
奈辛（G·Ising）于1924年，维德罗（E·Wideroe）于1928年分别发明了用漂移管上加高频电压原理建成的直线加速器，由于受当时高频技术的限制，这种加速器只能将钾离子加速到50keV，实用意义不大。但在此原理的启发下，美国实验物理学家劳伦斯（E·O·Lawrence）1932年建成了回旋加速器，并用它产生了人工放射性同位素，为此获得了1939年的诺贝尔物理奖。这是加速器发展史上获此殊荣的第一人。
由于被加速粒子质量、能量之间的制约，回旋加速器一般只能将质子加速到25MeV左右，如将加速器磁场的强度设计成沿半径方向随粒子能量同步增长，则能将质子加速到上百MeV，称为等时性回旋加速器。
为了对原子核的结构作进一步的探索和产生新的基本粒子，必须研究能建造更高能量的粒子加速器的原理。1945年，前苏联科学家维克斯列尔和美国科学家麦克米伦各自独立发现了自动稳相原理，英国科学家阿里芳特也曾建议建造基于此原理的加速器——稳相加速器。
自动稳相原理的发现是加速器发展史上的一次重大革命，它导致一系列能突破回旋加速器能量限制的新型加速器产生：同步回旋加速器（高频加速电场的频率随被加速粒子能量的增加而降低，保持了粒子回旋频率与加速电场同步）。
现代的质子直线加速器、同步加速器（使用磁场强度随粒子能量提高而增加的环形磁铁来维持粒子运动的环形轨迹，但维持加速场的高频频率不变）等。
自此，加速器的建造解决了原理上的限制，但提高能量受到了经济上的限制。随着能量的提高，回旋加速器和同步回旋加速器中使用的磁铁重量和造价急剧上升，提高能量实际上被限制在1GeV以下。同步加速器的环形磁铁的造价虽然大大减少，但因横向聚焦力较差，真空盒尺寸必须很大，造成磁铁的磁极间隙大，依然需要很重的磁铁，要想用它把质子加速到10GeV以上仍是不现实的。
1952年美国科学家柯隆（E·D·Courant）、李温斯顿（M·S·Livingston）和史耐德（H·S·Schneider）发表了强聚焦原理的论文，根据这个原理建造强聚焦加速器可使真空盒尺寸和磁铁的造价大大降低，使加速器有了向更高能量发展的可能。这是加速器发展史上的又一次革命，影响巨大。此后，在环形或直线加速器中，普遍采用了强聚焦原理。
美国劳伦斯国家实验室1954年建成的一台6．2GeV能量的弱聚焦质子同步加速器，磁铁的总重量为1万吨。而布鲁克海文国家实验室33GeV能量的强聚焦质子同步加速器，磁铁总重量只有4千吨。这说明了强聚焦原理的重大实际意义。
以上主要介绍的是质子环形加速器，对电子加速器来说情况有所不同。1940年美国科学家科斯特（D·W·Kerst）研制出世界上第一个电子感应加速器。但由于电子沿曲线运动时其切线方向不断放射的电磁辐射造成能量的损失，电子感应加速器的能量提高受到了限制，极限约为100MeV。电子同步加速器使用电磁场提供加速能量，可以允许更大的辐射损失，极限约为10GeV。电子只有作直线运动时没有辐射损失，使用电磁场加速的电子直线加速器可将电子加速到50GeV，这不是理论的限度，而是造价过高的限制。
加速器的能量发展到如此水平，从实验的角度暴露出了新的问题。使用加速器作高能物理实验，一般是用加速的粒子轰击静止靶中的核子，然后研究所产生的次级粒子的动量、方向、电荷、数量等，加速粒子能参加高能反应的实际有用能量受到限制。如果采取两束加速粒子对撞的方式，可以使加速的粒子能量充分地用于高能反应或新粒子的产生。
1960年意大利科学家陶歇克首次提出了这项原理，并在意大利的Frascati国家实验室建成了直径约1米的AdA对撞机，验证了原理，从此开辟了加速器发展的新纪元。
现代高能加速器基本都以对撞机的形式出现，对撞机已经能把产生高能反应的等效能量从1TeV提高到10～1000TeV，这是加速器能量发展史上的又一次根本性的飞跃。
自世界上建造第一台加速器以来，七十多年中加速器的能量大致提高了9个数量级，同时每单位能量的造价降低了约4个数量级，如此惊人的发展速度在所有的科学领域都是少见的。
随着加速器能量的不断提高，人类对微观物质世界的认识逐步深入，粒子物理研究取得了巨大的成就。
电子的发现
电子是在研究阴极射线的本质过程中得到的，阴极射线究竟是什么？物理学家汤姆逊设计了一个巧妙的实验装置，证实了阴极射线是由带负电荷的粒子组成的，并推算出其质量和电荷比值。得出来源于各种不同物质的阴极射线粒子都是一样的，而且是比原子小得多的粒子，其质量只是氢离子的千分之一。汤姆逊认定这种粒子必定是“建造一切化学元素的物质”，也就是一切化学原子所共有的组成部分。
期间，物理学家佩兰利用当时刚问世的借助于散射光，分辨率比普通显微镜高20倍的超显微镜开展了一系列检验布朗运动理论的实验，于1909年发表了《布朗运动和分子实在性》的论文，引起强烈的反响，佩兰1926年获物理奖。至此，各国科学家一致认为，分子和原子的实在性已没有怀疑的余地了。正如爱因斯坦所说的那样，“分子和原子是否存在的问题是他在大学时代关心和讨论的一个重大问题，而今天再也没有物理学家为这个问题而操心了”。
为周期表增补新家族的拉姆塞
拉姆塞1852年10月2日生于英国的格拉斯哥。拉姆塞的父母都是善良聪明的苏格兰人，家庭幸福美满，他们努力使拉姆塞受到良好的教育。
拉姆塞从小喜欢大自然，极善音律，爱读书也爱收藏书，而且很喜欢学习外语。他幼年时的许多行为，使成年人都感到吃惊。他小时经常坐在格拉斯哥自由圣马太教堂里，寂寞地好像是听卡尔文教徒讲道，大人们不明白这位活泼好动的孩子，为什么能安静地坐着。人们总看见他在阅读圣经，走近一看才明白，原来小拉姆塞看的不是英文版的圣经，而是看的法文版，有时又看德文版。他是在用这种方法学习法文和德文。拉姆塞去教堂的另一目的是看教堂的窗子，因为那窗上镶嵌着许多几何图形，他通过那些图形验证学校学的几何定理。
拉姆塞14岁时，被格拉斯哥学院破格录取为大学生。他极肯钻研，他的同班同学菲夫回忆拉姆塞刚上大学时的情形说：“拉姆塞刚入大学时，我们还没学化学，但他一直在家中做各种实验，实验是在卧室中做的，他的卧室四处都放着药瓶，瓶里装着酸类、盐类、汞等等。那时我们才刚刚认识，印象中对他买化学药品和化学仪器很内行。下午，我们常在我家会面，一起做实验，如制取氢、氧，由糖制草酸等。我们还自制了许多玻璃用具，自制了本生灯，拉姆塞是制造玻璃仪器的专家。我相信，学生时代的训练，对他的一生大有好处，除了烧瓶和曲颈瓶以外，所有的仪器，都是我们自制的。”
1870年，拉姆塞大学毕业。毕业后，去德国海德堡拜本生为师继续学习。一年以后，由本生推荐到蒂宾根大学继续深造，他在那里获博士学位。1872—1880年间，拉姆塞在格拉斯哥学院任教职，1880年被布里斯托尔学院聘为化学教授，1882年任该学院院长，1888年被选为英国皇家学会会员，1895年获戴维奖章，同年还被选为法国科学院院士，1911年担任英国科学促进协会主席。1882年，英国化学家、剑桥大学化学教授瑞利（1842—1919年）研究空气的成分，他经过极为精密的定量分析发现，由氨制得的氮，总比由空气制得的氮轻5／1000，反复研究不得其解。于是，他将这一研究事实，刊登在英国《自然界》刊物上，遍请读者解答，但没能得到满意的答复。
拉姆塞得知瑞利的研究以后：征得了瑞利的允许，也开始研究大气中氮的成分，他研究的方法是让空气在红热的镁上通过，让镁吸收空气中的氧和氮。经过反复作用，原空气体积的79／80都已被吸收，只余下1／80。起初，拉姆塞认为余下的气体是氮的一种变种，可能是类似臭氧的物质但经过精密的光谱分析发现，余下的气体，除了氮的谱线以外，尚有原来人们不知道的红色和绿色各种谱线，经克鲁克斯分析，剩余气体的谱线多达200余条。
1894年5月24日，拉姆塞给瑞利的信中与道：“您可曾想到，在周期表第一行最末的地方，还有空位留给气体元素这一事实吗？”同年8月7日他给瑞利的信中又写道：“我想最好用我们两个人的名义发表，对于您的提议，我非常感谢，因为我觉得，一个幸运的机会，已经使我能够制取大量的Q，此外还有两种X……”之后，正值英国科学协会在牛津开会，拉姆塞和瑞利向大会宣布，发现了一种惰性气体。与会学者都很吃惊，这一发现，以主席马登（H·0·Madan）的提议，定名为氩（Argon），即“懒惰的气体”。
元素氖发现以后，拉姆塞在他开发的领域继续深入研究，1895年3月17日，他把他研究太阳元素氦的情况，写信给布卡南（Bachanan），信中说，“那种沥青铀矿经无机酸处理以后，放出的惰性气体，克鲁克斯认为它的光谱是新的，而我从处理方法上来看，我敢确定它不是氖，现在我们正忙于继续制取，数日以后，我希望能制得足量的做密度测定，我想，也许就是我们寻求已久的氦吧。”不到一周，拉姆塞就证明了，这种物质是氦。
1895年3月24日，拉姆塞给他的夫人的信中写道：“先讲一个最新的消息吧，我把新气体先封入一个真空管，这样装好以后，就在分光器上看到它的光谱，同时也看到氖的光谱，这气体中是含有氩的，但是忽又见到一种深黄色的明线，光辉灿烂，和钠的光线虽不重合，可也相差不远，我惶惑了，开始觉得可疑。我把这事告诉了克鲁克斯，直到星期六早晨，克鲁克斯拍来电报。电文如下：从钒铀矿中分离出的气体，为氩和氦两种气体的混合物。”
拉姆塞发现氩、氦两种气体以后，继续研究，又发现了氪、氖和氙。
拉姆塞继续发现的各种惰性气体，多得特拉弗斯的帮助，他们设法取得了1升的液态空气，然后小心地分步蒸发，在大部分气体沸腾而去之后，遗下的残余部分，氧和氮仍占主要部分。他们进一步用红热的铟和镁吸收残余部分的氧和氮，最后剩下25毫升气体。他们把25毫升气体封入玻璃管中，来观察其光谱，看到了一条黄色明线，比氦线略带绿色，有一条明亮的绿色谱线，这些谱线，绝对不和已知元素的谱线重合。
拉姆塞和特拉弗斯在1898年5月30日，把他们新发现的气体命名为氪（Krypton），意即隐藏的意思。他们当晚测定了这种气体的密度、原子量，同时发现，这种惰性气体应排在溴和铷两元素之间。为此，他们一直工作到深夜，特拉弗斯竟把第二天他自己要举行的博士论文答辩都忘得一干二净。
拉姆塞和特拉弗斯用减压法继续分馏残留空气，收集了从氩气中挥发出的部分，他们发现，这种轻的部分，“具有极壮丽的光谱，带着许多条红线，许多淡绿线，还有几条紫线，黄线非常明显，在高度真空下，依旧显著，而且呈现着磷光。”他们深信，又发现了一种新的气体，特拉弗斯说：“由管中发出的深红色强光，已叙述了它自己的身世，凡看过这种景象的人，永远也不会忘记，过去两年的努力，以及在全部研究完成以前所必须克服的一切困难，都不算什么。这种未经前人发现的新气体，是以喜剧般的形式出现的，至于这种气体的实际光谱如何，目前尚无关紧要，因为我们就要看到，世界上没有别的东西，能比它发出更强烈的光来。”
拉姆塞有个13岁的儿子名叫威利，他曾向父亲说：“这种新气体您打算怎么称呼它，我倒喜欢用nove这个词。”拉姆塞赞成他儿子的提议，但他认为不如改用同义的词neon，这样读起来更好听。这样，1898年6月，新发现的气体氖就确定了名称，它含有“新奇”的意思。以后氖成了霓虹灯的重要材料。
1898年7月12日，由于他们有了自己的空气液化机，从而制备了大量的氪和氖，把氖反复分次革取，又分离出一种气体，命名为“xenon”（氙）。含有“陌生人”的意思。
拉姆塞晚年，从事放射学的研究，他在这方面的贡献也很大。1910年，他测定了氧的原子量，还提出最早的化合价电子理论。他一生著作很多，主要有《近代理论与系统化学》、《大气中的气体》、《现代化学》、《元素与电子》、《传记与化学论文集》等。1916年7月23日拉姆塞去世，享年64岁，著名科学家威廉·汤姆生在评述拉姆塞的伟大发现时指出：大部分学者认为科学的想象力更胜于精确的量度。其实，瑞利和拉姆塞的工作证明：一切科学上的伟大发现，几乎完全来自精确的量度和从大量伪数字中明察秋毫。拉姆塞的理论思维能力与动手能力都很强，他把发现的氦、氖、氩、氪和氙等气体，作为一族，完整地插入了化学元素周期表中，使化学元素周期表更加完善，他的这一工作，比每一个单独元素的发现都更为重要。
拉姆塞告诫他的学生，做学问应当“多看、多学、多试验，如取得成果，绝不炫耀。学习和研究中要顽强努力，一个人如果怕费时、怕费事，则将一事无成。”
零族元素的发现
周期表中零族元素有氦、氖、氩、氪、氙和氡一共六种，它们都是气体。
六种稀有气体元素是在1894—1900年间陆续发现的。发现稀有气体的主要功绩应归于英国化学家拉姆赛。下面我们按元素发现的先后顺序，分别简介这六种元素的发现经过。
1．氩Ar
早在1785年，英国著名科学家卡文迪许（CavendishH，1732—1810年）在研究空气组成时，就发现了一个奇怪现象。当时人们已经知道空气中含有氮、氧、二氧化碳等，卡文迪许把空气中的这些成分除尽后，发现还残留少量气体。这个现象当时并没有引起化学家们的重视，谁也没有想到，就在这少量气体里竟藏着整整一个族的化学元素。