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Bothe und Kolhörster hatten zeigen können, dass die sekundäre Strahlung der Kosmischen Strahlung, wie sie an der Erdoberfläche wirksam wurde, keineswegs eine hochenergetische γ-Strahlung sondern eine Teilchenstrahlung war. Mit Hilfe der Wilson’schen Nebelkammer konnte recht bald gezeigt werden, dass die Teilchenstrahlung im wesentlichen aus Elektronen, Positronen und Myonen bestand. In den späteren 30ern des 20. Jahrhunderts stand bald fest, dass alle diese Teilchen keineswegs direkt die Kosmische Strahlung darstellten, wie es noch Bothe und Kolhörster angenommen hatten, sondern dass es sich dabei um eine Sekundäre Strahlung handelte, also Strahlung, die aus der Wechselwirkung der primären Kosmischen Strahlung mit unserer Atmosphäre entstand.
Cecil Powell, ein Student von C. T. R. Wilson, arbeite schon des längeren mit der Nebelkammer, als ein Kollege seine Aufmerksamkeit auf das Tätigkeitsfeld zweier Wiener Forscherinnen, Marietta Blau und Herta Wambacher, lenkte, die mit photographischen Platten die Kosmische Strahlung untersuchten und bereits erste Erfolge erzielen konnten. Cecil Powell erkannt sofort das Potential der photographischen Platten. Zunächst waren sie einfacher zu handhaben, hatten keine beweglichen Teile und keine feine Mechanik. So waren viel kleiner und leichter, und brauchten während der Messungen nicht beaufsichtigt zu werden. Außerdem konnten sie Informationen über unzählige Ereignisse speichern, und diese Ereignisse um vieles genauer aufzeichnen, als es das die Nebelkammer hätte tun können. Insgesamt waren die photographischen Platten also wie geschaffen, um z.B. mittels unbemannter Ballone in sehr große Höhe gebracht zu werden, um dort die Eigenschaften der primären Kosmischen Strahlung selbst zu messen.
Doch noch war die Methode nicht soweit ausgereift, diese ehrgeizigen Pläne erfüllen zu können. Marietta Blau hatte zwar wesentliche Vorarbeit geleistet, doch ihre Arbeit war unterbrochen worden, und Cecil Powell ergriff die Gelegenheit, diese revolutionäre Messtechnik weiter zu entwickeln. Während der Zeit des Zweiten Weltkrieges verwendete Cecil Powell photographische Platten als Detektor neben der Nebelkammer, um Kernkollisionen aufzuzeichnen, die mit den ersten Teilchenbeschleunigern in Bristol und in Liverpool erzeugt wurden. Dabei hatte er genug Gelegenheit, das neue Detektormedium unter Laborbedingungen kennen zu lernen und zu verbessern. Etwas nach Kriegsende war Powell soweit, photographische Platten einzusetzen, um in großen Höhen der Kosmischen Strahlung auf die Spur zu kommen. Im Mai 1946 gelang es, eine Photoemulsion herzustellen, die achtmal mehr Silberbromid enthielt, als ihre Vorgänger. Mit diesem Material konnten Bilder von Teilchenbahnen hergestellt werden, die die Qualität der Nebelkammer bereits übertrafen. Powell und sein Kollege Occhialini, der 1945 nach Bristol gekommen war, exponierten das neue Photomaterial am Pic du Midi in den französischen Pyrenäen der Kosmischen Strahlung und erhielten Bilder von Ereignissen, wie sie nie ein Mensch zuvor gesehen hatte. Unter den vielfältigen Spuren entdeckten sie 1947 die eines neuen Teilchens, das Carl David Anderson bereits 10 Jahre zuvor entdeckt zu haben gemeint hatte: das Pion, der Vermittler der Kernkräfte. Hideki Yukawa, der die Existenz des Pions vorhergesagt hatte, erhielt kurz nach dessen Entdeckung den Nobelpreis. Powels Ehrung folgte nur ein Jahr später.
Mit der Erforschung der primären Kosmischen Strahlung durch Ballone, die in die höchsten Schichten der Atmosphäre aufsteigen konnten, um dort photographische Platten direkt der Kosmischen Strahlung auszusetzen, bevor sie durch Wechselwirkungen mit Atomen der Luft sekundäre Strahlung erzeugen konnte, war es endlich möglich, die Zusammensetzung der Kosmischen Strahlung selbst zu untersuchen. Endlich konnte man mit Bestimmtheit nachweisen, dass die Kosmische Strahlung eine Teilchenstrahlung ist, die zum größten Teil aus Protonen (etwa 86 %) und Heliumkernen (α-Teilchen, etwa 12 %), und in verschwindenden Mengen allen anderen natürlichen Elementen bis hinauf zu Uran besteht. So schloss sich der Kreis von Ballonfahrten, die zur Erforschung der Kosmischen Strahlung führten, von Viktor Hess ersten Flügen mit Fesselballonen bis in eine Höhe von 5350 Metern bis zu den unbemannten Stratosphärenflügen bis in Höhen von etwa 30 Kilometern. [37]
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