核乳胶的发明
1950年诺贝尔物理学奖授予英国布里斯托尔大学的鲍威尔（C.F.Powell），表彰他发展了研究核过程的光学方法，和他用这一方法做出的有关介子的发现。
所谓研究核过程的光学方法，指的是运用特制的照相乳胶记录核反应和粒子径迹的方法，这种特制的乳胶就叫做核乳胶。
鲍威尔1903年12月5日生于英格兰肯特（Kent）的汤布里奇（Tonbridge）。他父亲是一位枪炮制造商，长期从事这方面的贸易。他的祖父曾创建一所私立学校。家庭的影响使他从小就有崇尚实践和重视学术的素养。他11岁时就在当地的学校取得了奖学金，后来又在社会上赢得了公开奖学金到剑桥大学的西尼·塞索克斯（Sidney Sussex）学院学习。1924～1925年以头等成绩通过了自然科学学位考试，1925年毕业。1925～1927年鲍威尔作为卢瑟福和C.T.R.威尔逊的研究生在卡文迪什实验室做研究工作，1927年获博士学位。他的第一项研究是与云室有关的凝聚现象，其结果间接地解释了经喷嘴的蒸汽会产生高度电离这一反常现象。他证明了这是由于在快速膨胀的蒸汽中存在过饱和现象。他的结论关系到蒸汽涡轮机的设计和运转。1928年鲍威尔去布里斯托尔大学威尔斯物理实验室工作，当丁铎尔（A.M.Tyndall）的助手，后来晋升为讲师。1936年他参加地震考察队访问西印度群岛，研究火山活动。第二年回以布里斯托尔，1948年升任教授。他在这里长年耐心地工作于发展一种测量正离子迁移率的精确技术，从而掌握了大多数普通气体中的离子特性。在旅居加勒比海之后，他又回过来从事建造一台用于加速质子和氘核的科克饶夫高压加速器，把加速器与威尔逊云室结合起来，可以研究中子-质子散射。1938年他在从事宇宙射线实验中采用各种照相乳胶直接记录粒子的径迹。当科克饶夫高压加速器开始运转时，鲍威尔用同样的方法观测反冲质子的径迹，测量中子的能量，他和合作者发现乳胶中带电粒子的径迹长度可以对带电粒子的射程给出精确的计量，不久就明确这一方法在核物理实验中有非常大的好处。这一发现把他引向研究高能氘核束所产生的散射和蜕变过程。
后来鲍威尔又回过来从事宇宙射线的研究并研制出了灵敏度更高的照相乳胶。1947年他和奥恰利尼在海拔3000米的山顶上，用这种新乳胶直接记录宇宙射线的辐射，并通过分析乳胶中射线的径迹，证实了π±介子的存在，并且观测到了π介子衰变成μ介子和中微子的过程。1949年鲍威尔又用这种方法发现了K介子的衰变方式。
鲍威尔所用的照相法是基于这样的原理：带电粒子穿过照相乳胶时，所经之处溴化银颗粒会被带电粒子电离，因而留下轨迹；一系列变黑的颗粒以一定间隔分布，其距离视粒子速率而定；粒子速率越大，则间距也越大。这是因为快速粒子比慢速粒子具有更小的电离能力。
这一方法其实并不新颖，早在20世纪初期就已用做显示放射性辐射的手段。因为要在核过程的研究中运用这一方法，首先需要有一种对各种带电粒子特别是快速粒子都很灵敏的乳胶。在30年代初期，这个问题似乎已经接近于解决，因为有人发现，可以用敏化乳胶片的办法使之能对快速质子发生作用。不过这一方法用起来很困难，所以未能广泛使用。
不需要事先敏化的乳胶在1935年就由列宁格勒的兹达诺夫和依尔福德（ILFORD）实验室各自独立地生产出来了。但是在核物理研究中，即使到了30年代照相法仍未得到普遍采用，只有在宇宙射线的研究上还有一些人用到这种方法。许多核物理学家对这种方法还持怀疑态度，因为从测量到的径迹长度计算粒子能量往往会得到很分散的结果。大家那个时候更相信的是威尔逊云室。
鲍威尔的功绩就在于驱散了对照相法的怀疑，他使照相法不仅对宇宙射线和结合核现象，而且在研究某些核过程中也能成为非常有效的手段。鲍威尔用新的依尔福德中间色调底片，研究了在核过程研究中照相法的用途和可靠性。从1939年至1945年他和他的合作者一方面做了各种试验，另一方面不断地改进材料的处理方法，研究有关技术，创制分析粒子径迹的光学设备。他们的工作令人信服地证明了：在核物理的研究中，照相法和云室及计数器是同样有效的，有时照相法比云室和计数器更为有效。照相法节省时间，节省材料。例如，用威尔逊云室在20000张立体照片中可供测量的粒子径迹只有1600条，而鲍威尔和他的合作者在3平方厘米的照相底片中就找到了3000条可用的粒子径迹。1946年在他们为改进和发展照相法的努力中作出了重要的一步，这就是他们用到了一种新型的名叫“C2”的乳胶，其特性在各方面都超过了原来的乳胶。粒子的径迹更为清晰，看不到干扰本底，这就大大地提高测量的可靠性。后来还可以用照相法来发现罕见过程，可以在乳胶中掺某种原子以供特殊研究。改进的照相法对宇宙射线的研究就更为有效。乳胶可以连续记录，而威尔逊云室只能记录仪器操作的短暂时间间隙里所通过的粒子和所发生的过程，因而显得十分局限。可见，照相法在这些研究中大大优越于云室法。在法国南部有一个高于海平面2800米的观测站用到了这种新型乳胶。后来又在高5500米处进行测量，测量结果在乳胶中找到了大量的孤立粒子径迹，同时也有记录蜕变的分叉，这些分叉就像一颗一颗的星。在乳胶中可以找到分叉数各不相等的“星”，从这些星可以判定，有一些是小质量的粒子闯进了乳胶，打到乳胶中的某些原子核上，引起这些原子核发生蜕变。然而是宇宙射线的什么成分引起了原子核的蜕变？经过深入的研究，他们证明，这一活跃的粒子是介子，其质量比电子大几百倍，带的是负电。有些蜕变还可以观察到慢速介子从原子核里抛出来。1947年鲍威尔和他的合作者报告说，发现了一种介子，在其运动过程中又产生了另一介子。分析初始介子和二次介子的径迹表明有可能存在两类具有不同质量的介子。后来的实验证实了这一理论。初始介子叫做π介子，二次介子叫做μ介子。初步测量表明π介子的质量大于μ介子的质量，而它们的电荷都等于基本电荷。
鲍威尔在进一步的实验中确定π介子的质量是μ介子的1.35倍。这个关系与美国伯克利辐射实验室的研究者们用467.36厘米的回旋加速器所测定的结果——1.33倍符合甚好。他们还确定，π介子的质量比电子大285倍，而μ介子的质量比电子大216倍。两种介子都可带正电，也可带负电。μ介子的寿命约为百万分之一秒，而π介子还要短百倍。π介子是不稳定的，会自发地蜕变为μ介子。负π介子易于和原子核相互作用，所以在乳胶中它们在径迹末端被原子俘获，既可引起轻原子核的蜕变，也可引起重原子核的蜕变。由于鲍威尔用上一种对电子敏感的乳胶，他在1949年证明了μ介子会在其路程的末端蜕变为一个带电的轻粒子和两个以上的中性粒子。接着，鲍威尔又研究了π介子（现在叫做π子），其质量为电子的1000倍。这一介子是别人发现的，但鲍威尔对之做了更加详尽的探讨。
鲍威尔研究核乳胶的成功使布里斯托尔大学成了核物理研究的重要基地。他在1949年当选为英国皇家学会会员，1950年，也即核乳胶诞生的几年之后就获得了诺贝尔物理学奖。
晶体管的发明
首先要指出，晶体管的发明不是哪一位科学家拍脑袋想出来的，而是固体物理学理论指导实践的产物，是科学家长期探索的结果。
早在19世纪中叶，半导体的某些特性就受到科学家们的注意。法拉第观察到硫化银的电阻具有负的温度系数，与金属正好相反。史密斯用光照射在硒的表面，发现硒的电阻变小。1874年，布劳恩第一次在金属和硫化物的接触处观察到整流特性。1876年，亚当斯和戴依发现硒的表面会产生光生电动势。1879年，霍耳发现霍耳效应。对于金属，载流子是带负电的电子，这从金属中的电流方向、所加磁场的方向以及霍耳电势差的正负可以作出判断。可是，也有一些材料显示出正载流子而且其迁移率远大于正离子，这正是某些半导体的特性。可是，所有这些特性——电阻的负温度系数、光电导、整流、光生电动势以及正电荷载流子，都无法做出合理的解释。在19世纪物理学家面前，半导体的各种特性都是一些难解之谜。然而，在没有揭示其导电机理之前，半导体的某些应用却已经开始了，而且应用得还相当广泛。1883年，弗立兹制成了第一个实用的硒整流器。无线电报出现后，天然矿石被广泛用作检波器。1911年，梅里特制成了硅检波器，用于无线电检波。1926年左右，锗也用于制作半导体整流器件。这时，半导体整流器和光电池都已成为商品。人们迫切要求掌握这些器件的机理。然而，作为微观机制理论基础的量子力学，这时才刚刚诞生。
电子管问世之后，获得了广泛的应用。但是电子管体积大、耗电多、价格昂贵、寿命短、易破碎等缺点，促使人们设法寻找能代替它的新器件。早在1925年前后，已经有人在积极试探有没有可能做成像电子管一样，在电路中起放大作用和振荡作用的固体器件。
人们设想，如果在半导体整流器内“插入”栅极，岂不就能跟三极真空管一样，做成三极半导体管了吗？可是，如何在只有万分之几厘米的表面层内安放栅极呢？1938年，德国的希尔胥和R.W.玻尔在一片溴化钾晶体内成功地安放了一个栅极。可惜，他们的“晶体三极管”工作频率极低，只能对周期长达1秒以上的信号起作用。
在美国贝尔实验室工作的布拉坦（W.H.Brattain）和贝克尔（J.A.Becker）于1939年和1940年也曾多次试探实现固体三极管的可能性，都以失败告终。成功的希望在哪里呢？有远见的人们指望固体物理学给予理论指导。
正好在这期间，量子力学诞生了，A.H.威尔逊在1931年提出了固体导电的量子力学模型，用能带理论能够解释绝缘体、半导体和导体之间的导电性能的差别。接着，他在1932年，又在这一基础上提出杂质（及缺陷）能级的概念，这是认识掺杂半导体导电机理的重大突破。1939年，苏联的达维多夫、英国的莫特、德国的肖特基各自独立地提出了解释金属—半导体接触整流作用的理论。达维多夫首先认识到半导体中少数载流子的作用，而肖特基和莫特提出了著名的“扩散理论”。
至此，晶体管的理论基础已经准备就绪，关键在于如何把理论和实践结合在一起。1945年1月在美国贝尔实验室成立的固体物理研究组出色地做到了这一点。上面提到的布拉坦就是这个组的成员之一。他是实验专家，从1929年起就在贝尔实验室工作。另有一位叫肖克利（B.Shockley），是理论物理学家，1936年进入贝尔实验室。
1945年夏，贝尔实验室决定成立固体物理研究组，其宗旨就是要在固体物理理论的指导下，“寻找物理和化学方法，以控制构成固体的原子和电子的排列和行为，以产生新的有用的性质”。这个组共有7人，组长是肖克利，另外还有半导体专家皮尔逊（G.L.Pearson）、物理化学专家吉布尼（R.B.Gibney）、电子线路专家摩尔（H.R.Moore）。最关键的一位是巴丁（J.Bardeen），他也是理论物理学家，1945年刚来到贝尔实验室，是他提出的半导体表面态和表面能级的概念，把半导体理论又提高了一步，使半导体器件的试制工作得以走上正确的方向。
贝尔实验室的另外几位专家：欧尔和蒂尔等致力于硅和锗的提纯并研究成功生长大单晶锗的工艺，使固体物理研究组有可能利用新的半导体材料进行实验。肖克利根据莫特-肖特基的整流理论，并且在自己的实验结果之基础上，做出了重要的预言。他认为，假如半导体片的厚度与表面空间电荷层厚度相差不多，就有可能用垂直于表面的电场来调制薄膜的电阻率，从而使平行于表面的电流也受到调制。这就是所谓的“场效应”，是以后的场效应管的理论基础。
