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1919年，盧瑟福成了報紙上的頭條新聞。興奮的記者稱這個紐西蘭人已經“分裂了原子”。嚴格地講，他所做的是以高速α粒子撞擊氮原子，於是取出氫核，得到一個新原子——氧元素的同位素。這意味著一項新的提取新元素的技術的誕生，而不是簡單地釋放原子中的放射線或者測量放射性元素蛻變產生的物質。但是盧瑟福的一個很大不足是他拒絕承認原子核是可用能量的來源。大約20年之後，另一個新的不同的試驗得出了世界核物理界聞名的“二元裂變”這一結論。該實驗由德國人奧托。哈恩（1879—1968）和弗朗茨。施特勞斯曼（1902—1980）進行，並由他們的澳大利亞猶太人同事利茨。邁特納（1878—1968）和奧托。弗里希（1904—1979）解釋。
一戰後，有了更多的試驗和推斷，包括歐文。薛丁格（1887—1961）在1926年提出的物質在原子能級像波一樣運動的理論。次年，沃納。海森伯（1901—1976）做出一個更讓人吃驚的論斷：要精確界定基元事件是有限制的。他主張微粒的準確位置和動量是不能同時做出詳細說明的。這就把不確定性帶入了原子的世界，也就是海森伯聞名至今的“測不準定理”。形狀變得模糊。它的作用如同炸彈一樣，摧毀了整座精心構造的後牛頓科學決定論的大廈。
在此十年間，實驗者們如弗蘭西斯。阿斯頓（1877—1945）使用大量攝譜儀研究放射性核素。C.威爾遜（1869—1959）和阿瑟。H.康普頓（1892—1962） 成立研究所繪製放射物電離化的可見軌道。1931年，美國人歐內斯特。O.勞倫斯（1901—1958）設計發明了回旋加速器，用重達成千上萬噸的磁鐵加快微粒的運轉速度。他們都贏得了諾貝爾獎。但直到1932年，人類在原子結構上的研究才有重大突破。盧瑟福的助手詹姆斯。查德威克把法國夫妻組弗雷德里克。約里奧（1900—1958）和巴黎瑪麗。居里研究所的約里奧。居里的實驗繼續進行下去，並從盧瑟福1930年的實驗中得到靈感，發現了繼電子和質子之後的第三種微粒：中子。
原子彈的威力1903—1999（3）
中子不帶電荷，但幾乎同原子核中的質子有相同的重量。他比α粒子更容易穿透緊密結合的原子。與α粒子不同的是，中子不是排斥原子核中的帶正電的質子，這對原子彈及後來的核能發展起到了關鍵的作用。
1年之後，即1933年，阿道夫。希特勒上台，成為德國總理。納粹分子迅速以恢復專門的行政機構的法律名義採取反猶太人措施。這條禁令剝奪了“非亞利安人”在政府和國有科研
單位中的職位，使一些很能幹、有創造頭腦的猶太科學家離開了德國。愛因斯坦在1896年放棄了德國國籍，立即被美國科研所聘請。他離開之後，匈牙利有名的數學家約翰。馮。諾依曼（1903—1957） 和才華橫溢的物理學家尤金。魏格納（1902—1995）都前往美國。天才理論物理學家漢斯。貝特（1876—1946），另一位富有創造力的匈牙利人愛德華。泰勒（1908—2003）和奧托。弗里希（1904—1979）也加入了他們之列。利奧。西拉德（1898—1964）也是匈牙利人。他是一個精明有遠見的理想主義者。受英國科幻小說家H.G.威爾斯作品的影響，他認為原子能是人類的救星。他乘火車逃往國外，到達倫敦，不久就提出了核反應堆的觀點。他秘密地獲得此項專利，他更多的是希望人們不要誤用它，而不是為了他個人的利益。
此外，還有很多其他人對核力量的發現做出了傑出貢獻，但以上提到的這些人是科學家移民中的核心人物，他們對美國原子彈的發展起到了不可替代的重要作用。他們中很出色的三人同盟是西拉德、泰勒和魏格納，被稱為“匈牙利的陰謀家”。但納粹德國在1939年一舉吞併奧地利，占領了捷克斯洛伐克的部分領土，剩下的部分出動軍隊征服。後來又對波蘭實行閃電戰，導致了新的世界大戰的爆發。希特勒並沒有廢除1933年實行的反猶太人禁令；仍有大批能幹的德國科學家希望或被迫為納粹分子研製核計劃——並不止海森伯一人。
在美國，不少科學家尤其是西拉德耐心地說服美國進行有重大軍事意義的核研究。那時戰爭還只局限於歐洲。儘管美國同意了研究具有超能量的核武器可能會用於將來的軍事戰爭，但並不急於研製。愛因斯坦被西拉德說服，他寫了一封信，提出了研究計劃，並由他的一個身為政治家的熟人呈交給美國總統富蘭克林。羅斯福。
美國領導人同意需要採取行動，並成立了一個調查委員會。但是因為委員會主席具有官僚作風，辦事緩慢、低效率，缺乏科學的敏銳性，計劃被耽誤了。科學家們只得到極少量的撥款。此計劃在政府機構之間互相推來推去，毫無進展，漸漸使它的提倡者感到沮喪。
有幾件事又加快了核研究的步伐。首先是德國1940年試圖從挪威購買重水。挪威的Norsk Hydro公司擁有世界上惟一的大規模生產重水的設施。重水是普通水中的一個氧原子同重氫原子的化合物。重水和碳被很多物理學家看成是有望製造中子炸彈的工具。德國人已經在海森伯帶領下進行了秘密的項目研究自然鈾的爆炸潛力。挪威斷然拒絕了他們的德國股東IG Farben 提出的壟斷他們所有重水供應的計劃，此計劃後又被法國提出。後來，德國占領了挪威，把該工廠據為己有，但只擁有了一段時間：此工廠於1943年早期被挪威的突擊隊偷襲炸毀。它又被德國重建好，後來在11月份又被英軍飛機炸毀，而運往德國的最後一批重水也沉入海底，這使得德國人製造原子彈的夢想破滅。