(一) 核力理论的简介
（1） 海森堡的核力理论
1930~1932年，玻特和查德威克等物理学家们发现了中子。1932年，德国的物理学家海森堡(W.K.Heisenberg) 首先提出原子核结构的新观念。他假设：“原子核是由质子和中子所构成的，原子序数为N、原子量为P的原子核，应该具有N个质子和P—N个中子。”海森堡原子核结构的新观念，避免了由质子和电子组成的原子结构所出现的缺点，而且和波动力学的推论一致，并且与核物理实验的数据吻合，因而很快得到物理学家们的认同。但是，质子和中子是怎样结合成原子核的呢？
在同一年，海森堡又假定，在质子和中子之间存在着一种属于交换能这一普遍形式的作用能。他认为:”通过电荷的交换，质子转化为中子的同时，中子又转化为质子的过程，使质子和中子结合在一起。”海森堡还指出：“不应该将质子和中子看成完全不同的两种粒子，而应看为同一种重粒子的两个不同的状态。一个是带正电的质子态，另一个是电中性的中子态。由于质子吸收电子后可以转变成中子，中子失去电子后可以转变成质子，因此质子和中子都可以看为是同一种重粒子，因而可统称为‘核子’。首先要确定核子之间相互作用的方式，以便精确地预言核子的性质。这种交换能的相互作用，只发生在数量级为2×10－13cm的微小距离之内。此外，这种作用还具有一种饱和性质，使它与确保分子稳定性的价键之间的相互作用很相似。”
海森堡用这一交换能的相互作用，解释了核的结构及核的稳定性。他指出：从氦开始沿着门捷列夫周期表顺序下数，轻核所包含的中子和质子一样多，质量数为原子序数的两倍，为了减小质子之间的库仑斥力，重核拥有的中子的比例就应增大，因而重核拥有中子的数量大于质子的数量的两倍。
也就是说，海森堡的这种交换能的相互作用，中子失去电子就成为正电荷，质子吸收电子后就成为中性。这样，原子核内质子和质子相邻几率和时间都很小，而且中子和中子的数目愈多，质子和质子相邻几率和时间就愈小。在原子核内核子之间，中子分离出的电子就成为核内的核子之间连成敝合回路的交换运动的电荷(即如同电流)，原子核拥有的中子数目愈多，这核内的敝合回路的电流中的电子的数目也愈多，产生的电流强度也就愈强，产生核子之间的结合力也就愈强。
虽然，海森堡的核力理论给核理论带来了决定性的进展，但人们很快发现仅仅存在这一种相互作用是不足够的。假如，在核子之间只存在海森堡的相互作用，那么氢的同位数氘的原子核的稳定性应大于氦的原子核的稳定牲。但是，实际上刚好相反，氦核的稳定性比氘核的稳定性大14倍。于是，海森堡的一位门生，意大利的物理学家玛约拉纳(Majorana)对海森堡的相互作用做了补充。他认为：“在质子和中子之间不仅有电荷的交换，同时还有自旋的交换。”
玛约拉纳的相互作用和海森堡的相互作用同时存在，才合理的解释了氦核所具有的高稳定性。这样，才弥补了海森堡的相互作用的不足之处。
但是，随着核物理实验的不断地深入，海森堡的相互作用和玛约拉纳的相互作用又遇到了困难。假如质子—质子、中子—中子的相互作用也存在的话，那么一定比质子—中子的相互作用弱得多。可是，实验的结果并非如此。根据质子被质子散射的研究实验的结果，计算出质子—质子相互作用和质子—中子的相互作用有相同的数量级，甚至在某些情况下是严格相等的。
（2） 电荷无关性假说
由于海森堡的相互作用和玛约拉纳的相互作用所遇到的困难无法得到合理的解释，于是，美国的三位物理学家勃瑞特(Breit)、康登(Condon)和普利森(Present)提出了“电荷无关性假说”。他们认为：“质子—质子、中子—中子和质子—中子，任何两个核子之间的相互作用与其电荷的状态没有关系，因为核子之间的相互作用绝对大于库仑斥力，库仑斥方可忽略不计。两核子的相互作用，不依赖于核子所具有的正电荷质子态或电中性的中子态，而纯粹是核子本身产生的作用。”虽然，这个假说还不能认为具有普遍的意义，但是由于核子之间的相互作用，相对核子的电荷态的影响是微小的，因而被核物理学家们接受并发展起来。
首先，因为海森堡的相互作用和玛约粒纳的相互作用都会因交换电荷而改变了核子的电荷状态，因而只对质子—中子的相互作用才成立。为了解释质子—质子和中子—中子，因而就需要引进另外的相互作用力。
其次，由于引进质子—质子、中子—中子之间的相互作用，这就需要推广泡利的“不兼容原理”。来解释为什么原子里的中子数目多到某个程度的原子核是不稳定的，同时也可以说明为什么在稳定的轻原子核里有相同数目的中子和质子。
“电荷无关性假说”，是以“质子—质子、中子—中子和质子—中子，任何两个核子之间的相互作用与其电荷的状态没有关系，因为核子之间的相互作用绝对大于库仑斥力。”的观念为框架，可以根据需要同时加入多个其它的相互作用和有关的核理论和量子力学的理论，而使这个学说愈来愈复杂，核力也变成由多种相互作用组成的。但是，仍存在无法解释一些实验现象和细节。
(3) 费米的核力理论
奥地利的物理学家泡利(W.E.Pauli)在1933年研究放射性元素的原子核的β衰变时，发现了一种电子形成的连续光谱，在衰变的过程中发出的电子具有不同的能量，这似乎与能量守恒定律相矛盾。由于能量守恒定律是物理学的不可动摇的基石之一，因而泡利推测，放射性物质蜕变所发射出的β射线的同时，可能伴有一个非常轻的不带电的新粒子，即“中微子”。由于这个中微子呈中性不带电又非常轻，因而在通过物质时没有留下任何迹象。为了使β衰变中的自旋能量守恒，他又推测中微子的自旋为1/2。由于泡利发现和推测出的中微子的存在，符合能量守恒定律和动量守恒定律，因而中微子的存在是毋庸置疑的并且得到了物理学家们的认同。直至1956年，美国的两位物理家莱恩斯(Reines) 和科恩(Cowan)，首次观测到中微子的存在。
1934年，意大利物理学家费米(E.Fermi)提出β衰变的定量理论和费米的核力理论。费米根据泡利推测出的“中微子”，解释了β衰变的过程，是质子转化成中子或中子转化成质子的过程，同时发射出一对正或负的电子和一个中微子。随之，他又用这一观念来解释海森堡的相互作用，并且引进了一个新的、与电子—中微子偶相适应的场“费米场”。他认为:“在原子核内，质子-中子之间的相互作用，是借助于核电子—中微子场而联系起来，即借助于费米场介质，来实现动量和能量和交换。”但是，由于根据费米的方法计算质子和中子的相互作用力，所推导出来的结合能太小，不能保证原子核的稳定性的要求，因而费米的核力理论没能取得成功。
(4) 汤川核力理论
1935年，日本物理学家汤川树秀(Hideki Yukawa)提出原子核的核子之间的相互作用不是通过自旋为1/2的粒子对(电子中微子偶)相联系的费米场介质实现的，而是通过“汤川核场”的介质实现的。他认为，质子与中子在比原子半径更微小的近距离时，能产生一种比电磁力大一千倍的引力，因此才能将各个质子及各个中子紧密的结合在原子核内；并假设，“汤川核场”与电荷等于电子、自旋为1(单位为h/2π)的粒子相联系。他将这个粒子称为“介子”，并推测出，它的质量约为电子的200倍，这大质量的电子在质子—中子相互作用的交换能才足够大，才能符合核稳定性所要求的数值。
汤川的核力理论在当时来说是极为大胆的，他并没有任何重要的根据。
1947年，物理学家鲍维尔(C.F.PoweLL)及其同事在宇宙射线中发现了π＋ 和π－ 两种介子。随后，核物理学家们在一大质点加速器中，令高能量(~300Mev)核子与靶中核子之间的碰撞产生出π＋ 和π－ 两种介子。并度量出π＋ 介子和π－ 介子具有的静止质量相同，约为电子质量的274倍，这非常接近汤川所预测的产生核力的那种介子。1950年，物理学家麦亚(Moyer )及其同事在实验中发现到π0 介子，它的静止质量约为264电子的质量。这样，π介子的发现就被认为是汤川的核力理论中产生核力场的量子，而使汤川的核力理论获得成功。π介子在原子核中，是一个暂存粒子，它不断地被核子(即质子和中子)放出和吸收的交换作用
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