Attraverso altre vie, oltre allo studio dei raggi cosmici e della condensazione di energia in materia, si era arrivati ad identificare, verso il 1930, due particelle fondamentali: il protone (elettricamente positivo) e l'elettrone(negativo). Con l'aiuto di questi due elementi ci si sforzava di spiegare la struttura della materia. Non senza difficoltà, con ragione, dato che mancava una particella capitale, il neutrone, scoperto poi nel 1932. Con dei protoni, dei neutroni e degli elettroni era ormai possibile capire praticamente tutte le proprietà dell'atomo. Ma questo voleva forse dire che l'energia, quando si condensa, si tramuta solo in queste tre particelle?

Niente affatto. Nel 1931, un teorico inglese, P.A.M. Dirac, predisse l'esistenza di un elettrone "inverso", un anti-elettrone come viene chiamato oggi, che, contrariamente all'elettrone normale, sarebbe stato positivo. Appena fu predetto, fu anche trovato; nel 1932 si scoprì, in una foto di camera a nebbia, una traccia che non poteva essere dovuta che al nostro anti-elettrone. Questa traccia fu celebre nella storia della fisica: essa è dovuta al passaggio del primo anti-elettrone mai visto (1932).

Ne seguì un concatenarsi di predizioni e di osservazioni che rivelarono dei fenomeni e delle particelle che nessuno aveva mai previsto.

 Così Pauli predisse nel 1930 l'esistenza di una particella neutra (il neutrino) che aveva tra l'altro la proprietà di essere quasi irrilevabile e che pertanto fu scoperta nel 1956.(Possiamo notare a questo punto che il CERN possiede la più perfezionata tra tutte le installazioni al mondo per la produzione e lo studio dei neutrini.)

 Nel 1932 un fisico giapponese, Hideki Yukawa, predisse l'esistenza di una particella instabile, il "mesone pi" che fu poi scoperto nel 1947. Un protone cosmico che urta un protone a riposo di una emulsione fotografica genera un fascio di mesoni pi grazie alla sua energia d'urto.

Ed è proprio durante la ricerca di questo mesone pi che un'altra particella instabile e strana fu scoperta: una specie di elettrone pesante, il muone.

 Tutta una famiglia di "protoni pesanti ed instabili" fu scoperta tra il 1947 ed il 1964: il lambda, il sigma, lo ksi e l'omega; poi un altro "elettrone pesante", ancora altri "protoni pesanti e numerosi mesoni, tutte particelle instabili, risultanti dalle trasformazioni di energia in materia.