1935年，日本物理学家汤川秀树基于交换力的概念，预言了强相互作用中存在一种交换粒子——介子。他估算这种新粒子的质量介于电子和质子之间，约为电子的200倍。
1937年，美国物理学家安德森和他的助手麦德尼在宇宙射线实验中观察到一种新的粒子轨迹，其质量恰好与汤川秀树预言的介子质量相符。安德森在论文中指出，这一发现要么意味着现有理论存在缺陷，要么预示着一种新粒子的存在。
一些物理学家，例如奥本海默，认为这可能是由于量子电动力学在高能情况下失效所导致的误判，而非新粒子。然而，汤川秀树则坚信这就是他预言的介子，并在日本发表论文，将这种在宇宙射线中发现的介子称为“宇宙介子”。
介子佯谬与坂田昌一的双介子理论
为了验证宇宙介子是否就是他预言的介子，汤川秀树于1939年展开了进一步研究。然而，研究结果却与他的预言存在两个关键差异：一是理论计算的介子寿命为10⁻⁸秒，而宇宙介子的寿命约为10⁻⁶秒，相差两个数量级；二是宇宙介子与物质的相互作用非常微弱，无法承担强相互作用力的角色。
种种迹象表明，宇宙介子更像是一种“大电子”，它甚至可以衰变成电子并释放出两个中微子，这种现象被称为“介子佯谬”。为了解释这一佯谬，物理学界众说纷纭。
1942年，坂田昌一，汤川秀树的博士生，提出了“双介子理论”。他认为宇宙介子实际上是另一种介子，与汤川秀树预言的介子是两种不同的粒子。他假设汤川预言的介子会迅速衰变成宇宙介子并释放出一个中微子，而宇宙介子则会缓慢衰变成电子并释放出两个中微子。
鲍威尔的证实与诺贝尔奖的荣耀1947年，英国物理学家鲍威尔利用感光乳剂记录宇宙射线轨迹的方法，成功观测到了双介子的衰变过程，证实了坂田昌一的理论。实验结果表明，确实存在两种质量都大于电子的介子，其中一种质量更大。
后续研究确认，质量更大的介子正是汤川秀树预言的介子，其寿命为2.6×10⁻⁸秒，质量为电子的273倍，与理论预测完美吻合，现在被称为π介子。而安德森发现的宇宙介子实际上并非介子，其质量为电子的207倍，寿命为2×10⁻⁶秒，现在被称为μ子（缪子）。
汤川秀树的介子理论和坂田昌一的双介子理论均得到了鲍威尔的实验验证。汤川秀树因此获得了1949年的诺贝尔物理学奖，鲍威尔也因发现π介子而获得了1950年的诺贝尔物理学奖。值得一提的是，中国物理学家张文玉先生第一个证明了μ子不参与强相互作用，并成功合成了μ原子。
随着π介子和μ子的发现，基本粒子版图不断扩大，但也引发了新的疑问：究竟有多少种基本粒子？后续又发现了哪些新的粒子？这些都将留待未来继续探索。
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