90高龄时的王淦昌回忆起解放初期的工作情景时，两眼闪着光芒：“那时我们整天觉得有使不完的力量，有干不完的活。”根据国家的统一部署，当时的核物理学向着理论物理、原子核物理、宇宙线、放射化学等4个基础领域的方向挺进。通过对宇宙线的观测，发现新粒子并研究其性质，是王淦昌多年的夙愿。1954年，他和助手们在海拔3185米的云南落雪山成功地建造了我国第一个高山宇宙线实验室，第二年就利用自制的设备，完成了一批科研成果，论文《一个中性重介子的衰变》在布达佩斯召开的国际宇宙线物理会议上宣读后引起各国同行强烈反响。
当时与王淦昌同时开展宇宙线研究的两位苏联院士在帕米尔高原上也建了一个宇宙线实验站。这两位苏联专家好大喜功，用自己设计的一套电子系统操作，不久就声称已发现一种叫“变子”的新粒子，因此在苏联走红，获得斯大林奖金和“社会主义劳动英雄”称号。王淦昌对苏联同行的“成果”表示怀疑，便重新实验，结果他认为“仅凭一个电子信号就断言有什么发现实在太草率了”，并当即在公开场合表示“苏联人的发现靠不住”。这是什么年代，王淦昌竟敢对已经获得斯大林奖金的苏联“社会主义劳动英雄”的成果说三道四？但后来许多科学家都证实了王淦昌的判断是对的，世界上根本不存在什么“变子”。
几十年后，物理学家、院士何祚庥说：“这件事当时在我心灵引起的震动是巨大的。我一是惊讶苏联人居然也有不成功的事情；二是从心底里佩服王老敏锐的科学洞察力。在那时的政治背景下，王老对苏联科学家的直言批评，充分体现了他追求真理、崇尚实践的政治勇气和科学精神。这件事给我的启迪是，对科学问题的评价不能政治化，不能用政治观点去评价科学发现。这个原则我们应该永远牢记。”王淦昌的行为和何院士的话发人深省。
1956年9月，王淦昌在莫斯科出席杜布纳原子核研究所成立大会后，中国政府给他下达了一项特殊使命：留在这个研究所，与苏联同志一起利用这儿世界上最先进的高能加速器进行更好的科学研制工作，新中国也迫切需要核物理科研成果，说不定以后我们还要搞更重要的核科学工作呢！第二次世界大战结束后，国际格局出现了以美国为首的资本主义阵营和以苏联为首的社会主义阵营。这种有你就没有我的冷战状态，必然造成两大阵营之间在军事和政治上的激烈攀比与斗争。特别是以原子弹为标志的核武器的诞生，使与核武器密切相关的核物理实验研究变得更加抢手。为了对付美国为首的资本主义阵营，苏联政府制定了帮助各社会主义国家发展核物理基础研究的计划，杜布纳研究所的成立便是实施这一计划的首要部署。中国政府不失时机地选派了最具发展潜力的核物理学家到此进行“充电”，除了王淦昌外，还有周光召和丁大钊、胡宁等。此时，王淦昌的学生李政道和另一位华裔科学家杨振宁先生一起在美国留学期间，提出了弱相互作用中宇称不守恒原理，揭示了弱相互作用的性质，从而获得这一年的诺贝尔奖。王淦昌既为自己的学生高兴，同时也憋着一股劲：努力工作；争取为国家早日拿出成果！
从1956年9月到1960年12月24日离开杜布纳原子核研究所的4年多时间里，王淦昌认为这是他一生从事科学实验工作最得心应手的好时光，不仅因为这儿的生活条件很好，比在柏林大学留学和在浙江大学工作时不知要好多少倍，更重要的是这儿有当时世界上最先进的高能加速器。美国人在1955年有了第一台6．4GeV级高能质子加速器，但苏联这台高能加速器是10GeV级的，超过“老美”的级别。有了高能加速器就意味着可以在研究反粒子领域获得最快捷的途径，美国科学家张伯伦和塞格雷仅在美国高能加速器建成几个月，就利用它发现了反质子，因此获得了诺贝尔奖。苏联高能加速器是最高能量的加速器，在当时，世界物理学界谁拥有了高能加速器，谁就可以去拥抱诺贝尔奖，谁就能主宰东西方世界。杜布纳原子核研究所的建立，就是以苏联为代表的社会主义阵营希望利用最先进的技术设备与西方世界在尖端科技领域搏一搏。在刚到杜布纳原子核研究所时，苏联朋友在用伏尔加葡萄酒招待中国客人时就流露出了这种强烈的愿望。
“美国的张伯伦和塞格雷算什么？比起我们的‘北极熊’，他们的高能加速器只能算小毛驴。小毛驴怎么能与我们雄健的北极熊较量？哈哈哈……”苏联朋友自豪地拍打着自己造的10GeV高能加速器，用猩红的眼睛盯着王淦昌等中国朋友，半醒半醉地说道：“我们一起……
一起把美国佬赶到大西洋里，喂……喂鲨鱼去！密斯特王，知道你是了不起的科学家，我们全看你的了。
啊，来来，为我们的苏维埃，为我们的斯大林同志干杯！”王淦昌不会喝酒，尤其是苏联的那种烈性酒，他一生中最多能喝几口常熟老家的那种米酒，但在苏联朋友的盛情邀请下，没喝酒心却快醉了！那天，中国专家第一次来到莫斯科郊外，王淦昌和周光召、丁大钊等漫步在四周是郁郁葱葱的原始森林的伏尔加河、杜布纳河边，顿觉心旷神怡。之后，他们再没有时间进行如此悠闲地散步了，每天必须有十几小时甚至近20小时站在那台庞大的高能加速器旁，或连续几天在见不着一丝光亮的云室内……王淦昌开始是作为课题组长指挥中国助手们的，后来担任了联合研究所副所长，手下不仅有中国科学家，还有苏联、越南、民主德国、波兰等国的几十名学者。王淦昌成了整个研究所的一名指挥官，一名向世界科学技术最前沿冲锋的指挥官。
在杜布纳原子核研究所的那段历史，现今是共和国全国人大副委员长、王淦昌当年得力助手之一的周光召也有着难忘的感受。他说：“我和王先生在苏联杜布纳原子核研究所工作时，他已经近50岁了，我们对当时迅速发展的高能物理都没有经验。王老作为中国组的组长，为了维护中国科学工作者的荣誉，组织大家从头学起。每天晚上在中国同志内部开展互帮互学，王老自己毫不例外，与大家一起学习，以能者为师，不耻下问。很快，王老领导一个小组建成了苏联当时第一个大型丙烷气泡室，并开展实验工作……我们都知道，一个年近50岁的科学家要转向新的学科领域，学习新的知识，是何等的困难。
但王老以他高超的智慧、超人的精力和艰苦的学习战胜了困难，不仅完成了这个转变，而且很快就成了新领域中出色的专家。”王淦昌心里清楚，他作为中国组的组长和原子核研究所副所长，身后不仅有一批来自社会主义国家的科学家，更有斯大林和毛泽东等领导人在看着他工作！当然，作为对手，美国人也在死死地盯着他。从当时的物理科学领域看，竞争也处在白热化状态。特别是第一颗原子弹爆炸后，基础科学中的物理基本粒子研究成了最热门的前沿课题，加上政治家们狂热的叫喊，对基本粒子与原子核之间相互作用及其转化规律性的认识，成了当时著名科学家最醉心的研究项目。王淦昌执掌的又是最大能量的加速器，不抢先研究出成果实在有点说不过去。
王淦昌和杜布纳原子核研究所的首要任务是如何选择研究方向，这好比决战前的指挥方案，制定得好，就胜利了一半，反之就可能断送整个战役。由王乃彦院士审校，李瑞芝、孙晓光、常甲辰编著的《核物理学家王淦昌》中记述了当年王淦昌领导中国科学家和兄弟的社会主义国家的学者们，利用苏联高能加速器进行一系列实验探索和完成了一项世界性影响的科学发现的过程。
王淦昌到联合研究所工作时，正是国际上利用高能加速器进行基本粒子研究的第一代工作时期。他以准确的科学判断力，根据当时面临的各种前沿课题，结合联合高能加速器的特点，提出了两个研究方向：一是寻找粒子（包括发现各种超子反粒子）；二是系统地研究高能核作用下各种基本粒子的产生规律。科学家发现有两种情况：一种是理论预言的实验，这种发现是有既定方向的，只要选好技术路线，一般来说会有所发现；另一种是带有偶然性的，就是在众多的实验结果中察觉到异常点，并进行确认，这种工作对实验工作人员的要求就相对的更高一些。而且前者的科学发现，其价值一般比不上后者。王淦昌在设计研究课题时，对这两种工作都给予重视：新粒子的发现有一定偶然性，而利用人类所掌握的实验资料研究基本粒子相互作用则必然会有结果。利用高能量加速器打击核靶，既可以产生新的粒子，也可以对研究基本粒子在核作用过程中的产生规律提供许多新的信息。王淦昌选择的两个研究方向，正好发挥了联合研究质子同步稳相加速器的能量优势。如果把科研工作比做一首交响曲的话，那么，按照王淦昌的编排，乐曲的展开，都是以由他亲自负责的寻找新粒子课题为主旋律，并辅以两个平等出现的旋律--研究在高能核作用下奇异粒子的产生规律（由丁大钊和另一位苏联同志负责）和介子与质子相互作用的研究（由王祝翔负责，后来把其中非弹性作用的一部分分析工作划给另一个由苏联工作人员为主的研究组）。当然，研究组的主攻方向是寻找新粒子。这是具有挑战性的课题，难度自不待言，可以说具有一定的风险。因为联合所高能加速器建成后，人们都期望能尽快利用它做出突破性的成果。王淦昌要求不论谁分配在哪个课题组，在观察原始实验资料时，都要为这个主攻方向积累资料。
“大家过来一下，看看这张‘蜘蛛网’奇特吗？它就是我们梦寐以求的反超子！”一天，王淦昌突然惊呼他的助手们，让他们都过去仔细看一下气泡室里出现的一个奇迹。
“对对，看到了！真的像蜘蛛网呀！”助手们顿时欢呼起来，围着王淦昌让他给这个新奇的粒子起个名字，因为这新奇的粒子一旦向外宣布，将震惊整个世界。
“它是反西格马负超子，当然应该叫反西格马负超子嘛！嘿嘿，真有趣！”王淦昌自言自语道。
“中国朋友发现新奇粒子啦！”“乌拉，伟大的苏维埃高能加速器万岁！”“斯大林--毛泽东万岁！”王淦昌领导下的研究小组发现了世界上第一例反超子，其意义不亚于一项单纯的诺贝尔奖，因为它使当时的基础科学又向纵深大大地跨越了一步。正如丁大钊院士所言：王淦昌对“反西格马负超子”的发现，“正是因为有许多这样的学者的探索、研究，才使基本粒子研究从50年代认为是‘基本’而发展到60年代认为‘不基本’，使人们对物质结构的认识发展到更深入的层次。自然科学的发展就是要归功于这些活跃科学思想的学者的创造性劳动”。
“为了让美帝国主义看看社会主义科学成就”，苏联《真理报》和中国的《人民日报》都为反西格马负超子的发现专门作了重要报道。苏联的科学权威刊物《自然》杂志还指出：“实际上发现反西格马负超子是在微观世界的体系上消灭了一个空白点。”25年后的中国政府在那个难忘的“科学春天”里，特别向王淦昌等当年参与发现反西格马负超子的科学家颁发了新中国成立以后物理学家获得的第一个最高奖：国家自然科学一等奖。
1975年，美籍华裔著名科学家杨振宁回到中国，一次谈起苏联当年的杜布纳研究所时，对周恩来总理说：“杜布纳唯一的成就便是反西格马负超子的发现。”当杜布纳科学城的科学家们欢呼发现反西格马负超子这一伟大科学成果时，中国政府突然给正在莫斯科郊外的中国科学家王淦昌发来一份绝密电报：放弃手头工作，立即回国接受新的任务。
什么新任务这么急呀？王淦昌一生不善政治，但他知道自己从事的核事业与政治太密不可分了。不用说，祖国的需要是第一位的，在决定离开杜布纳的那一夜，他静静地思索了一下各种可能。他已经好久没顾上看看报纸了，可当他拿起一份中国的《人民日报》和一份苏联的《真理报》时，不由内心一阵隐痛：两个社会主义大国已经骂得不可开交了！“太糟糕啦！”王淦昌从不对政治时势发表评语，然而他内心明白：中国要与苏联彻底分手了，中国的科学发展也将同时要与苏联“老大哥”们断绝交往了。作为一名科学家，王淦昌知道新中国才成立不久，一切科学实验条件尚不具备，相对而言，苏联要强大得多先进得多。“我能为祖国做些什么呢？”那一夜王淦昌睡不着。第二天，他把在留苏期间积省下来的14万卢布以买设备的名义全部交给了国家。
“今天我把大家招来，想开最后一次会议。大家知道，我已经接到回国的命令。”离开杜布纳的前一天，王淦昌把在联合研究所的中国部下全都召集在一起，以少有的沉重口气对大家说道。助手们这才想起应该给王淦昌开个欢送会，准备点水果茶点什么的。“汪容，你们别去忙乎，坐下，都坐下。我有话对大家说。”汪容等年轻人只好折回，坐到原来的位置，静等一向严格要求的王淦昌“训话”。
“我给大家出一个题目：今后的高能物理实验方向应该如何选择？这是顶顶重要的。我比你们先离开联合所，你们也要做好马上回国的准备。回去后我们的条件比这儿差了，但新中国的物理科学实验不能停止！怎么办呢？我们心里必须有数。这是我离开杜布纳留给大家的最后一道题，你们回答好，我心里就踏实了。这比给我开个隆重的欢送会要开心得多！”王淦昌说完自个儿又乐起来，“真有意思！”弟子们一下也跟着乐了，像往常一样，又你一言我一语地“开起仗”来了……“要我看，王先生的方法也不是最理想的。”有人当着王淦昌的面在黑板上划拉着，而这样的事在杜布纳联合所是常有的事。导师与学生进行角色的交换，在王淦昌的身上不算是新鲜事儿。这不，已经打好领带准备回国的王淦昌，还是以一颗平常心坐在台下听自己的学生发表高论。
这时，坐在一旁的汪容被人轻轻用胳膊捅了一下：“快看，王先生干吗了。”汪容转头一瞅，差点笑出声。原来，聚精会神的王淦昌竟然不知什么时候从沙发上“出溜”了下来，蹲坐在地毯上竟毫无察觉。“先生，您还是坐起来舒服些。”汪容将他扶起，王淦昌似乎仍然没有感觉似的两眼直盯着黑板……
这一幕，几十年后汪容一直没有忘记过。他说：“王淦昌先生对科学的真诚与专注，教育了中国物理学界几代人，并且永远是后人的榜样。”王淦昌回国没多久，被通知到二机部部长办公室。
什么事这么急呀？王淦昌走进部长刘杰的办公室时，见老朋友、好搭档钱三强教授也在。钱三强此时是二机部副部长兼原子能所所长，王淦昌内心的紧张似乎减少了一半。