继正电子发现后，基本粒子世界不再局限于光子、电子、质子和中子。原子核内不存在电子，却能放射出高能电子，这成为物理学家们亟待解决的难题。
以卢瑟福为代表的科学家们深入研究天然放射性，他的学生查德维克在1914年就发现了一种特殊情况：原子核内部可以产生贝塔粒子。某种元素的原子核衰变时，可能转变为新元素的原子核并释放一个贝塔粒子。
然而，查德维克的测量结果显示，衰变前后能量并不守恒。假设原子核A衰变为原子核B和一个贝塔粒子，根据能量守恒定律，A的能量应等于B的能量加上贝塔粒子的能量。但实验结果表明，贝塔粒子的能量比预期值低，部分能量似乎凭空消失了，这便是当时轰动一时的“能量失窃案”。
泡利预言：丢失的能量与“幽灵粒子”1930年，量子力学巨匠波尔对此提出了一种解释：贝塔衰变中的能量守恒并非绝对的，而是在统计意义上成立。多次实验的平均结果符合能量守恒，但单次实验结果可能存在偏差。
然而，波尔的弟子泡利并不认同这种观点。他认为，为了解释贝塔衰变中的能量缺失，有必要引入一个新的中性粒子。
这个粒子不带电荷，其能量恰好等于“丢失”的能量，只是目前尚未被探测到。这样，能量守恒定律便得以维持。泡利最初将这个假想粒子称为“中子”。
费米理论：弱相互作用的诞生1932年，真正的中子被发现，为了避免混淆，泡利预言的粒子被改称为“小中子”，后来费米将其命名为“中微子”（neutrino）。1933年，在中子和正电子相继被发现后，费米在泡利的基础上提出了贝塔衰变理论。
他认为，贝塔射线并非原本就存在于原子核内，而是源于核内质子和中子的相互转化。中子可以转化为质子，并释放一个电子和一个中微子；反之，在能量条件允许的情况下，质子也可以转化为中子，并释放一个正电子和一个中微子。
费米的理论不仅囊括了当时已知的所有基本粒子以及预言中的中微子，还完美解释了电荷守恒和能量守恒问题，更重要的是，他提出了自然界中的第三种基本作用力——弱相互作用力。
漫长求索：中微子的探测之路尽管费米的理论在理论上无懈可击，但在当时仍然充满争议。包括波尔、狄拉克、维格纳等多位著名物理学家都公开反对中微子的存在。
1936年，美国实验物理学家尚克兰（Shankland）声称他的实验结果支持了波尔的观点，狄拉克甚至为此撰写论文，公开反对泡利的假说和费米的理论。然而，尚克兰的实验结果很快被证明是错误的。
这使得验证中微子存在的压力转移到了实验物理学家身上。但由于中微子体积微小且不带电，当时的探测技术难以捕捉到它的踪迹。直到1956年，科学家才首次探测到中微子，证实了泡利和费米的理论。后来的研究进一步揭示了中微子的多重性（三种），它们的总质量仅为电子的百万分之一。
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