不久，战争爆发了，阿斯顿进入伐波鲁（Farnborough）的皇家飞机工厂当化学技术员。他虽然离开了实验室，可是脑子里还经常想分离氖气的问题。他对物理学懂得不多，平常难得有机会跟大科学家们讨论问题。这时正值战争期间，飞机工厂集中了一批物理学家，他利用茶余饭后，和这些物理学家讨论正射线的问题，从他们那里学到了不少的理论知识，甚至包括量子理论。
由于科学家们的鼓励，加上他自己不断地思考，1919年当他回到卡文迪什实验室后，就马上着手用电磁聚焦的方法来分离两种不同的氖，后来果然获得了成功。阿斯顿把他的仪器称为质谱仪。
J.J.汤姆生在这个问题上显然不如他的助手敏锐，他虽然对NeH2的说法并不太坚持，但也不承认两个成分是氖的同位素。他认为同位素的概念只能用在放射性元素上，直到1921年在皇家学会讨论这个问题的时候还持反对态度。
随后，阿斯顿继续用质谱仪分析其他元素，找到了许多元素的同位素，J.J.汤姆生不久也就接受了阿斯顿的观点。
敢于坚持自己的观点，不迷信权威。这可以说是卡文迪什实验室的科学传统。而J.J.汤姆生虽然曾经持有错误观点，但一旦认识到自己错了，就不再坚持。在实践面前人人平等，在真理面前人人平等，不分高低贵贱，这就是科学工作的基本准则。
电子显微镜的发明
1986年诺贝尔物理学奖一半授予德国柏林弗利兹-哈伯学院的恩斯特·鲁斯卡（Ernst Ruska），以表彰他在30年代初发明了第一台电子显微镜。
研制电子显微镜的历史实际上可以追溯到19世纪末。人们在研究阴极射线的过程中发现阴极射线管的管壁往往会出现阳极的阴影。1987年布劳恩设计并制成了最初的示波管。这就为电子显微镜的诞生准备了技术条件。1926年布什（H.Busch）发表了有关磁聚焦的论文，指出电子束通过轴对称电磁场时可以聚焦，如同光线通过透镜时可以聚焦一样，因此可以利用电子成像。这为电子显微镜做了理论上的准备。限制光学显微镜分辨率的主要因素是光的波长。由于电子束波长比光波波长短得多，可以预期运用电子束成像的电子显微镜得到比光学显微镜高得多的分辨率。
恩斯特·鲁斯卡1906年12月25日生于德国巴登市海德堡。他的父亲是柏林大学历史学教授。1925～1927年，鲁斯卡上中学时就喜欢工程，并在慕尼黑两家公司学习电机工程。后随父到了柏林，1928年夏进入柏林恰洛廷堡的柏林技术大学学习，在大学期间参加过高压实验室工作，从事阴极射线示波管的研究。从1929年开始，鲁斯卡在组长克诺尔（M.Knoll）的指导下进行电子透镜实验。这对鲁斯卡的成长很有益处。
1928～1929年期间，鲁斯卡在参与示波管技术研究工作的基础上，进行了利用磁透镜和静电透镜使电子束聚焦成像的实验研究，证实电子束照射下直径为0.3毫米的光缆可以产生低倍（1.3倍）的像，并验证了透镜成像公式。这就为创制电子显微镜奠定了基础。1931年，克诺尔和鲁斯卡开始研制电子显微镜，他们用实验证明了为要获得同样的焦距，使用包铁壳的线圈，其安装的线圈匝数要比不包铁壳的线圈小得多。1931年4～6月，他们采用二级磁透镜放大的电子显微镜获得了16倍的放大率。通过计算他们认识到，根据德布罗意的物质波理论，电子波长比光波波长短5个数量级，电子显微镜可能实现更高的分辨率。他们预测未来的电子显微镜，当加速电压为7.5万伏，孔径角为2×10-2弧度时，衍射限制的分辨率将是0.22纳米。
1932～1933年间，鲁斯卡和合作者波里斯（Borries）进一步研制了全金属镜体的电子显微镜，采用包有铁壳的磁线圈作为磁透镜。为了使磁场更加集中，他们在磁线圈铁壳空气间隙中镶嵌非磁导体铜环，并将铁磁上、下壳体内腔的端部做成漏斗形（磁极靴），使极靴孔径和间隙均减小到2毫米，而且焦距减小到3毫米。1932年3月，波里斯和鲁斯卡将此项磁透镜成果申请了德国专利。
1933年，鲁斯卡在加速电压7.5万伏下，运用焦距为3毫米的磁透镜获得12000倍放大率，还安装了聚光镜可以在高放大率下调节电子束亮度。他拍摄了分辨率优于光学显微镜的铝箔和棉丝的照片，并试验采用薄试样使电子束透射而形成电子放大像。
1934年鲁斯卡以题为《电子显微镜的磁物镜》的学位论文获得柏林技术大学工学博士学位。1934～1936年，鲁斯卡继续进行改进电子显微镜的实验研究。他采用了聚光镜以产生高电流密度电子束来实现高倍放大率成像，采用物镜和投影镜二级放大成像系统。可是，当时他们的发明并未立即获得学术界和有关部门承认，鲁斯卡和波里斯努力地说服人们，使他们相信可以研制出性能超过光学显微镜的电子显微镜。他们多次到政府和工业研究部门以争取财政支持。经过3年的奔走，1937年春西门子-哈斯克公司终于同意出资建立电子光学和电子显微学实验室。许多青年学者纷纷前来参加研究工作。
恩斯特·鲁斯卡从1937年开始着手研制商品电子显微镜，1938年制成两台电子显微镜，且带有聚光镜，配以具有极靴的物镜及投影镜，备有更换样品、底片的装置，可获得30000倍放大率的图像。恩斯特·鲁斯卡的弟弟哈尔墨特·鲁斯卡（Helmut Ruska）和其他医学家立刻用来研究噬菌体等，获得很大的成功。1939年西门子公司制造的第一台商品电子显微镜终于问世。同年，电子显微镜首次在莱比锡国际博览会上展出，引起广泛注意。1940年，在恩斯特·鲁斯卡提议下，西门子-哈斯克公司将上述实验室发展为第一个电子显微镜开放实验室，由哈尔墨特·鲁斯卡任主任。实验室装备了4台电子显微镜，接纳各国学者前来做研究工作，推动了电子显微镜在金属、生物、医学等各个领域的应用与发展。在鲁斯卡工作的影响下，欧洲各国科学家先后也开始了电子显微镜的研究和制造工作。
恩斯特·鲁斯卡及其合作者几十年来孜孜不倦地为改进电子显微镜辛勤工作，为现代科学的发展做出了重要贡献。电子显微镜为人们观察物质微观世界开辟了新的途径。在50年代中期制成的中、高分辨率电子显微镜，能够观察晶体缺陷，促进了固体物理、金属物理和材料科学的发展。在70年代出现的超高分辨率电子显微镜使人们能够直接观察原子。这对于固体物理、固体化学、固体电子学、材料科学、地质矿物学和分子生物学的发展起了巨大的推动作用。
恩斯特·鲁斯卡在1986年获诺贝尔物理学奖一年多后于1988年5月27日在德国柏林去世，他的一生完全贡献于电子显微镜事业。继他之后，不仅有高压电镜和扫描电镜问世，而且还出现了另一种原理完全不同的显微镜，这就是1982年发明的扫描隧道显微镜。扫描隧道显微镜是通向微观世界的又一项有力武器。
回旋加速器的发明
粒子物理学的诞生揭开了物理学发展史中崭新的一页，它不但标志了人类对物质结构的认识进入了更深的一个层次，而且还意味着人类开始以更积极的方式变革自然、探索自然、开发自然和更充分地利用大自然的潜力。
各种加速器的发明对粒子物理学的发展起了很大的促进作用，美国物理学家劳伦斯（E.Lawrence）顺应这一形势，走在时代的前列。他以天才的设计思想、惊人的毅力和高超的组织才能，为加速器的发展作出了重大贡献。
劳伦斯1901年出生于美国南达科他州南部的坎顿，父母都是教师，早年就对科学有浓厚兴趣，喜欢做无线电通讯实验，在活动中表现出非凡的才能。他聪慧博学，善于思考，原想学医，却于1922年以化学学士学位毕业于南达科他大学，后转明尼苏达大学当研究生。导师斯旺对劳伦斯有很深影响，使他对电磁场理论进行了深入的学习。
劳伦斯在耶鲁大学继续研究两年之后，于1927年当了助理教授。1928年转到伯克利加州大学任副教授。两年后晋升，是最年轻的教授。在这里他一直工作到晚年，使伯克利加州大学由一所新学校成为粒子物理的研究基地。
1928年前后，人们纷纷在寻找加速粒子的方法。当时实验室中用于加速粒子的主要设备是变压器、整流器、冲击发生器、静电发生器和特斯拉线圈，等等。这些方法全都要靠高电压。可是电压越高，对绝缘的要求也越高，否则仪器就会被击穿。正当劳伦斯苦思解决方案之际，一篇文献引起了他的注意，使他领悟到用一种巧妙的方法来解决这个矛盾。他后来在诺贝尔物理学奖的领奖演说中讲到：
“1929年初的一个晚上，当我正在大学图书馆浏览期刊时，我无意中发现在一本德文电气工程杂志上有一篇维德罗的论文，讨论正离子的多级加速问题。我读德文不太容易，只是看看插图和仪器照片。从文章中列出的各项数据，我就明确了他处理这个问题的一般方法……在连成一条线的圆柱形电极上加一适当的无线电频率振荡电压，以使正离子得到多次加速。这一新思想立即使我感到找着了真正的答案，解答了我一直在寻找的加速正离子的技术问题。我没有更进一步地阅读这篇文章，就停下来估算把质子加速到一百万电子伏的直线加速器一般特性该是怎样的。简单的计算表明，加速器的管道要好几米长，这样的长度在当时作为实验室之用已是过于庞大了。于是我就问自己这样的问题：不用直线上那许多圆柱形电极，可不可以靠适当的磁场装置，只用两个电极，让正离子一次一次地来往于两电极之间？再稍加分析，证明均匀磁场恰好有合适的特性，在磁场中转圈的离子，其角速度与能量无关。这样它们就可以以某一频率与一振荡电场谐振，在适当的空心电极之间来回转圈。这个频率后来叫做‘回旋频率’。”
劳伦斯不仅提出了切实可行的方案，更重要的是以不懈的努力实现了自己的方案。
1930年春，劳伦斯让他的一名研究生爱德勒夫森（N.Edleson）做了两个结构简陋的回旋加速器模型。真空室的直径大约只有10厘米。其中的一个还真的显示了能工作的迹象。随后，劳伦斯又让另一名研究生利文斯顿（M.S.Livingston）用黄铜和封蜡作真空室，直径也只有11.43厘米，但这个“小玩意”已具有正式回旋加速器的一切主要特征。1931年1月2日，在这微型回旋加速器上加不到1000伏的电压，可使质子加速到80000电子伏，也就是说，不到1000伏的电压达到了8万伏的加速效果。
1932年，劳伦斯又做了22.86厘米和27.94厘米的同类仪器，可把质子加速到1.25兆电子伏（MeV）。正好这时，英国卡文迪什实验室的科克饶夫（J.D.Cockcroft）和瓦尔顿（E.T.S.Walton）用高压倍加器做出了锂（Li）蜕变实验。消息传来，人心振奋，劳伦斯看到了加速器的光明前景，更加紧工作。不久他就用27.94厘米回旋加速器轻而易举地实现了锂蜕变实验，验证了科克饶夫和瓦尔顿的结果。这次实验的成功，显示了回旋加速器的优越性，使科学界认识到它的意义，同时也大大增强了劳伦斯等人对工作的信心。
于是他和利文斯顿以更大的规模设计了一台D形电极、直径为68.58厘米的机器，准备把质子加速到5MeV能量。这时氘已经被尤里（Urey）发现了，劳伦斯可以用氘核作为轰击粒子，以获得更佳效果。因为氘核是由一个质子和一个中子组成的复合核，氘核在静电场作用下有可能解体，变成质子和中子。而中子的穿透能力特别强，这样就可以利用回旋加速器产生许多重要的人工核反应。
68.58厘米回旋加速器的运行带来了丰硕成果。许多放射性同位素陆续在伯克利发现。伯克利加州大学成了核物理的研究中心，他们把生产出来的放射性同位素提供给医生、生物化学家、农业和工程科学家，广泛应用在医疗、生物、农业等领域。
1936年，在劳伦斯主持下，他们将68.58厘米回旋加速器改装成93.98厘米的，使粒子能量达到6MeV。用它测量了中子的磁矩，并且产生出了第一个人造元素——锝（Tc）。
为了表彰劳伦斯发明的回旋加速器的功绩，1939年诺贝尔物理学奖授给了劳伦斯。
然而，劳伦斯仍不愿加速器停留在这个水平。他认为，在这个水平上工作，还远不足以发现微观世界的奥秘。所以新的一代回旋加速器又在设计之中。
一台大型的回旋加速器，从设计、制作、安装、调试直到进行各项实验活动，都需要各种人才的分工协作、互相配合。劳伦斯在诺贝尔奖颁奖会上的演说词中讲到：“从工作一开始就要靠许多实验室的众多能干而积极的合作者的集体努力”，“各方面的人才都参加到这项工作中来，不论从哪个方面来衡量，取得的成功都依赖于密切和有效的合作。”
1958年劳伦斯因病去世，终年57岁。为了纪念他，伯克利加州大学辐射实验室改名为劳伦斯辐射实验室。他的一生为回旋加速器奋斗不息，虽然他自己没有直接做出科学发现或者创立科学理论，但是在他的领导和培养下或者在跟他协作的过程中，许多人做出了重大贡献。在他的实验室里，先后有8人获得诺贝尔奖。由于加速器的应用，物理学进入了一个新阶段，“大科学”从此开始了。
