下面我们以氢的同位素氚（31H）和氦的同位素氦-3（32He）为例做些说明。31H是由一个质子与两个中子组成的；32He是由两个质子和一个中子组成的。核子之间的相互作用对如图5-17所示，虽然这两个原子核中的质子数和中子数不一样，但当这些核子组成原子核时，考虑到质子与质子间斥力作用的因素，两个原子核释放出来的能量是一样的。所有这些显示出各核子间的相互作用是相同的，也就意味着核力与电荷无关。由此可见，在微观世界中，有许多奇妙之处，这在宏观世界中是难以理解的。
核力具有饱和性
在原子核内，每一个核子只能与它周围附近的核子发生相互作用，而不是与原子核内所有的核子都发生作用。核力这种饱和性与电磁力和万有引力完全不同。试想，如果每个核子与原子核内其余的核子都能发生作用的话，随着核子数的增加，核子间相互作用对也必然增加。核力是强相互作用，这样会使核子之间结合得更加紧密。于是，原子核的体积就会缩小。但实际情况并不是这样，而是刚好相反。随着核子数的增多，原子核的体积会越来越大，两者之间是一个正比关系。也只有这样，才能使原子核的密度成为一个常数。
核力这种饱和的性质，与液滴中分子之间的相互作用非常相似。正是由于液体分子之间的相互作用具有饱和性，使得液体的密度基本上保持一定。这样一类比，原子核可以看作一个密度非常大的不可以压缩的核液滴。
截止到目前，人们对于核力的认识还是很初步的。核力除了上述的主要性质以外，人们在研究过程中还发现，核力不仅具有有心力的性质，如同万有引力、静电场力那样；而且，还包含有微弱的非有心力的成分。当两个核子之间的距离小于0.8×10-15米时，核子之间表现出一种排斥作用。
总之，核力问题是相当复杂的，有待人们进一步深入地研究，这是彻底揭开原子核秘密的关键所在。
μ-π之争
我们知道，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。那么有人要问，电荷之间的相互作用是怎样实现的呢？研究发现，电荷之间的相互作用是通过交换一种粒子来完成的，传递这种作用的粒子就是大家已经比较熟悉的光子。例如，甲、乙两个电子之间的相互作用是这样进行的：甲电子在运动过程中放出一个光子，被乙电子吸收了；同样，乙电子在运动过程中放出一个光子，被甲电子吸收了。两个电子就是这样不断向外放出光子，同时又不断吸收对方的光子，从而实现了两个电子之间的相互作用。通过交换某种粒子实现的相互作用，通常称这种力为交换力。像电场力、磁场力、万有引力等均属于交换力。
日本物理学家汤川秀树（1907—1981年）把核力与电磁力进行比较，并于1935年提出了核力也是一种交换力的观点，指出核子之间的相互作用是通过交换一种粒子来完成的。他并且依据原子核的大小估算出这种交换粒子的质量大约为电子质量的200倍。由于这种粒子的质量比电子大，而比质子的质量要小，介乎两者之间，因此，传递核子之间相互作用的这种媒介粒子叫做介子。这就是著名的汤川秀树关于核力的介子理论。
由于实验中从来没有找到过这种介子，就连汤川本人也对自己提出的理论产生怀疑。恰恰在这个时候，美国物理学家安德逊（1905—）和尼德迈尔正在对宇宙射线中带电粒子穿透物质性能方面的研究工作。在1934—1936年间，他们进行了非常细致、深入的工作，断定宇宙射线中确实存在着汤川秀树所预言的那种带电粒子，并且找到了它们。这种新粒子的质量为电子质量的207倍，命名为μ介子，从而证实了汤川预言的正确性。
然而，事情并不那么顺利。在后来多年的研究中发现，μ介子并不理想，与实际相差甚远。这种介子与原子核的作用非常微弱，至少要比核力小1013倍，凭借这种粒子无法实现核子之间相互作用的传递任务。这表明，安德逊等人在宇宙射线中找到的μ介子并不是汤川秀树所预言的那种介子。于是，产生这样一个问题，汤川秀树所预言的介子究竟是谁？这个谜怎么解？
“山穷水尽疑无路，柳暗花明又一村”。正当困惑之际，1947年，英国物理学家鲍威尔（1903—1969年）利用核乳胶探测技术，终于在宇宙射线中发现了另外一种新介子，它的质量是电子质量的273倍，取名为π介子。从π介子与原子核相互作用的性质分析，正是汤川秀树所预言的那种介子。这就是原子核物理学发展史册上μ-π之争的一段佳话。
π介子一共有3种，它们分别是：π+、π0、π-。其中π+和π-粒子的质量是电子质量的273倍，π0的质量为电子的264倍。核子之间的相互作用是通过交换π介子来实现的。比如，质子放出一个π+粒子，被另一个中子吸收，实现了质子-中子之间的相互作用；与此同时，质子放出π+粒子以后，由于失去了正电荷而变为中子，中子获得了一个单位的正电荷而变成了质子。质子与中子通过交换π+介子，不仅完成了相互作用，而且它们的位置也发生了交换：质子变为中子，中子变为质子。同样，中子放出π-粒子后变成一个质子，质子吸收π-介子以后变为中子。于是，在完成中子与质子之间相互作用的同时，它们的位置也发生了交换。质子与质子间、中子与中子间的相互作用交换的是π0粒子。由此，大家不难看出，核子间的相互作用与电子间的相互作用有许多相似的地方，但情况确复杂得多，也奇妙得多。
从汤川秀树介子理论的提出，到μ-π之争的解决，标志着人类对物质微观领域的认识又向前跨进了美妙的一步。即从认识原子核进入到了认识基本粒子的领域，这后面的内容正是下一部分要介绍的。
汤川秀树研究的成果具有划时代的意义，因而荣获了1949年度诺贝尔物理学奖。
多姿多彩的原子核模型
中子发现以后，海森伯和前苏联的物理学家伊凡宁柯就分别明确提出：原子核是由质子和中子组成的。质子和中子依靠交换力而聚合在原子核的狭小空间中。那么，由各种不同数目的质子和中子组成的原子核，内部空间结构究意是一个什么样的图景呢？由于核力的性质至今还有许多疑点没有解开，因此，人们只能依据大量的实验事实，通过分析、比较、归纳、推理，提出各种各样的模型。尽管每一种模型只能说明原子核某些方面的性质，解释部分的实验事实；但是，综合各种模型，人们就可以对原子核有一个比较全面的描述。要想用一种模型去试图解释原子核所有的性质及其运动规律，显然是办不到的。当然，随着科学技术的发展，实验设备和条件的不断完善，实验工作的深入，人们在这方面的研究会更加丰富多彩。
下面，我们来回顾一下，人类在探索原子核内部结构的历程中，具有代表性、影响比较大的几种主要的原子核模型。
液滴模型
对于水滴，大家并不陌生，尤其是荷叶上那一颗颗亮晶晶的小水滴更加引人注目。任何大大小小的水滴，它们的密度都近似相等。为什么会是这样的呢？这是水分子间作用力的性质决定的。在液滴中，每一个水分子只与它相邻近的少数水分子发生相互作用，并不是与水滴中所有的分子都发生作用。这一点不难理解，如果一个水分子与液滴中远近所有的分子都发生相互作用的话，那么水滴越大，包含的分子数目越多，分子间相互吸引力变强，使得水滴体积变小，密度就会变大，这显然与事实不相符。因为水滴的密度近似为一常数，与水滴的大小没有关系。
原子核中，核子间的相互作用力与液滴中分子间相互作用力的性质非常相似，都属于短程的饱和力；而且，原子核的密度也近似为一个常数，与原子核的大小无关。
