aşmaması deneyine de bir giriştir. 

Bu zamana kadar, bulut odası gözlemleri sert bileşenin doğasını açıklık vardı. 1936 yılında, Anderson ve onun öğrencisi, Seth Neddermeyer, Anderson "mesotrons" olarak adlandırılan hangi elektron ve proton olanlar arasındaki kütle ara ile kozmik ışın parçacıkları keşfetti.Mesotron sonradan "müon" kısaltılmış "μ meson" olarak tanındı. Kopenhag konferansından önce, Blackett atmosferik sıcaklık ile kozmik ışın yoğunluğu gözlenen değişimler mesotrons kararsız bir göstergesi olabileceğini önerdi ve okonuda Rossi ile yoğun görüşmeler yaptı. Bunun bir sonucu olarak, Rossi Manchester ‘de onların çürüme ve ömrünü ölçmek için tespit yaptı.

Avrupa da başgösteren savaştan dolayı , Blackett ve diğerleri Rossi ‘ye İngiltere’den ayrılmasını tavsiye etti. Onu Chicago da bir yaz sempozyumuna davet eden Compton’a kendisi için uygun bir sordu. Haziran 1939 yılında Rossi ırksal yasalar yüzünden İtalya ‘dan ayrılan Fermi ve karısı Laura tarafından karşılandı. Fermis ile kısa bir buluşma sonrasında, Rossis Bethe tarafından Chicago gezmeye davet edildi.Bunu minnetle kabul ettiler ve hazitan ortasında Chicago univeristesine gittiler.

Diagram Rossi, Hillberry ve Hoag tarafından 1939 yılında mesotronsun kararsız olduğunu göstermek için kullanıldı. Karbon emicilerin çıkarılabilir olduğunu ve gölgeli alanları kurşun emicileri temsil ettiği fark edildi.
Daha kesin gözlemlere ihtiyaç ihtiyaç olduğu düşünülen kararsız mesotron sempozyumundna sonra Rossi ve Compton bir deney planına başladı.Sert bileşenin yoğunluğu yükseklerde havanın yoğunluğu artığından dolayı yükseklikle artar Compton bunu 1930 ‘ların başında çalıştığı Colorado ‘da Mount Evans ‘de yürütmeyi önerdi.Rossi ‘yi kış gelemden çalışmalara başlamak için uyardı, iki arkadaşı Norman Hilberry ve J. Barton Hoag, ve bir öğrencileri Winston Bostick Ilan yardım etmek için kaydoldular. Rossi ve onun yardımcıları aceleyle ekipmanları Compton’ın Zooloji bölümünden ödünç aldığı harap otobüsün üzerine yüklendiler. 

Bu zamana kadar, bu mesotrons enerji kaybetmeye başladığı ana proses Bethe aşağıdaki formül ile tarif edilir iyonizasyon enerji kaybı ve geçilen malzeme tabakasının birim alan başına kütle ile orantılı olduğu bilinmektedir. Bu sadece işlem olsaydı, bir katı malzeme tabakası içinden geçen sabit bileşenin yoğunluğu hava eşdeğer katman olarak aynı miktarda azalacaktır. Rossi ve onun işbirlikçileri azalma katı karbona karşılık gelen katmanda atmosferde önemli ölçüde daha büyük olduğunu ortaya koymuştur. Havada geçtiği mesafe karbon çok daha büyük olduğu için, onlar Metatron'un çürümesini delil olarak bu sonucu yorumlanır ve relativistik zaman genişlemesi etkisini dikkate alarak geri kalanı kabaca 2 mikrosaniye onun ortalama ömrünü tahmini etmişlerdir.

Sonraki yaz, Rossi yüksekliği 3.230 metre (10.600 ft) Echo Lake yakınlarındaki Mount Evans ‘de deneylerine döndü. Anti tesadüf tekniklerinin kullanımı ile aparat farklı ortalama ivmedeki mesontronslardaki iki grupta çürüme öncesi ortalama yolu hesapladı.Sonuçlar David B. tarafından yayınlandı. Hall, parçacık ivme ve görelilik kuramının temelinde beklenen çürüme öncesi mesotrons ortalama serbest yolu arasındaki orantılılığı doğruladı. Bu sonuçlar önceki yılın sadece mesotronsların kararsız olduğunu göstermek için ilk değil, aynı zamanda görelilik kuramının öngördüğü saatler hareketli zaman genişlemesi ilk deneysel doğrulama idi. 

Rossi’nin Chicago’daki araştırma görevlisi pozisyonu devamlı değildi. Compton ise daha iyisi için yardımcı olamıyordu. Sonuç olarak Cornell Üniversitesi’nde seminer verirken iş aramaya başladı.Tesadüf eseri Fizik Bölümü’nde bir ölümün yaşanması sonucu boş bir pozisyon açığa çıkmıştı.Bethe Rossi’ye bu pozisyonu doldurması için teklifte bulunduktan sonra Cornell’de asistan profesör olarak görevlendirildi. 1940 sonbaharında Colorado’dan Chicago’ya geri döndükten sonra Rossi’ler Ithaca için ayrıldılar. 

Cornell’de Rossi ilk mastır öğrencisi olan Kenneth Greisen ile beraber “Kozmik-X Işını Teorisi“ isimli bir makale yayınladılar. Makale Reviews of Modern Physics dergisinde yayınlandı. Çalışma kısa zaman içinde ünlendi ve Kozmik –X Işını araştırmacıları tarafından kutsal kitap olarak görüldü.1941 yazında Greisen ve Denver ‘dan bazı fizikçiler Boulder Mount Evans’a doğru Rossi’ye eşlik ettiler.Burada mezotron momentumu ve bozunmadan önceki ömrü arasındaki orantılılığa ait bilgiyi daha da saflaştırdılar. 
Greisen ve Rossi “Kutsal Kitap“ta süreç bakımından belgelendirilen, zayıf bileşenin tüm parçacıklarının değil güçlü bileşenin mezotronları tarafından üretilebileceğini gösteren deneylerde gerçekleştirdiler. Onlar bunu birincil elektronlar veya fotonlar olarak yorumladılar, fakat daha sonra bunun nötr pionların bozunmasından kaynaklanan aşırı zayıf bileşen olduğu anlaşıldı.   

1941 Colorado expedisyonundan sonra, Rossi mezotronların bozunmasının cevaplanıp cevaplanmadığı sorusunda çalışmaya başladı. Mezotronların ömrünün doğru olarak belirlenmesi konusunda memnun değildi. Mevcut tahminler mezotron kütlesine dayanıyordu. Daha doğrudan ölçüm yapmak için bazı aparatlar geliştirdi. Bu aparatlar durdurulduğu bir absorbe edicide mezotronun ortaya çıkması ile mezotronun bozunduğu zaman bir elektronun emisyonu arasındaki zaman aralığını ölçmek içindi. Rossi yardımlaşmak için master öğrencisi olan Norris Nereson ile bir araya geldi. Deneylerinin merkezinde bir kronometre bulunuyordu. Kronometrede yüksekliği zaman aralığına tam olarak orantılı gelecek şekilde vuruş yapan bir elektronik devre bulunuyordu. Ve böylece bir osiloskop iz fotoğraflandırılmasıyla kaydedilebilirdi.

Bu Rossi ‘nin deneysel fiziğin elektronik tekniklerine katkılarından bir başkası olan zaman genliği dönüştürücüsünün( time-to-amplitude converter) ilk örneğiydi. Bakır çinko alaşımı ve gümüşten oluşan absorbe edicilerle, bozunmaları sayısı zamana karşı işaretleniyordu. Bu bozunma eğrileri normal radyoaktif maddelerinki gibi aynı üssel forma sahiptiler. Ve ortalama 2.3±0.2 mikrosaniyelik ortalama ömrü veriyorlardı.bu değer daha sonraları 2.15±0.07 mikrosaniye olarak netleştirildi. Savaştan sonra Rossi İtalyan olan kolej arkadaşları Marcello Conversi ve Oreste Piccioni ile bir araya geldiler. Ve kendi sonuçlarıyla çok benzer sonuçları elde ettikleri deneyler gerçekleştirdiler.

Masumiyet Çağı isimli yazısında Rossi şöyle yazıyor: 

Nasıl oluyor da bu sonuçlar temel parçacık fiziğinin temel problemlerine dayanıyor, neredeyse çocukça bir basitlikteki deneyler,sadece birkaç bin dolarlık maliyet ve yalnızca bir iki master öğrencisinin yardımıyla başarılabiliyor? Allen ve Rossi’nin Amerika patentli silindirik hızlı iyon odasının çizimi: 2485469
Rossi mezotronlar konusundaki çalışmasını tamamladığında dikkatini savaş alanındaki çabalara yöneltti. 1942’de Ithaca’dan Cambridge, Massachusetts e taşındı. Massachusetts Teknik Enstitüsünde Radyasyon Laboratuarında radar geliştirme çalışmalarında danışman olarak çalıştı. Burada Greisen’le beraber savaştan sonra patent alacak olan “menzil izleme devresi“ geliştirdiler

1943 Haziranının başlarında Bethe, Rossi’yi Manhattan Projesine katılması için davet etti. Bir ay içerisinde Los Alamos Laboratuvarındaki görev raporunu verdi. Birkaç hafta sonra Nora ve 3 yaşındaki kızları Florance New Meksiko, Los Alamos’ta Rossi’ye katıldılar. Laboratuvar direktörü Robert Oppenheimer Rossi’ye atom bombası yapabilmek için ihtiyaç duyulan diagnostik cihazları geliştirmek için bir grup oluşturup oluşturamayacağını sordu. Rossi daha sonraları İsviçre’li fizikçi Hans H. Staub ‘ın başında bulunduğu bir grubunun benzer bir görev için zaten var olduğunu fark etti. Her iki grup da çabalarını tek bir “Detektör Grup“ oluşturmak için birleştirmeye karar verdiler. 20 kadar genç araştırmacı tarafından yardım alıyorlardı. Bu gençlerin arasında Matthew Sands ve David Nicodemus vardı. Matthew Sands “elektronik sihirbazı“ olarak adlandırılıyordu ve daha sonrasında Rossi danışmanlığında doktora derecesi alacaktı. David Nicodemus ise Staub tarafından Stanford Üniversitesinden getirilmişti ve partikül dedektörleri konusunda uzmandı.

Bomba geliştirmek büyük iyonize radyasyon detektörleri gerektiriyordu. İyonize radyasyonun detektörde enerji yayılımına yanıtı orantılıydı ve radyasyon yoğunluğunda olan hızlı değişiklikleri izleyebiliyordu. Radyoaktivite alanında önceki araştırmalarda radyasyon iyonizasyon bakımından ölçülebiliyordu. Fakat var olan iyonizasyon odaları değişikliklere yanıt vermede yavaştılar. 
Bu sorun için Rossi ve Staub tek tek yüklü parçacıkların bir iyonizasyon odasıyla iyonlar yarattığında sonuçlanan atışların analizini dikkatlice gerçekleştirdiler. Fark ettiler ki iyon atomlarında taşınan serbest elektronların yüksek hareketliliği tek parçacıklar tarafından üretilen atışlar anlamına geliyordu. James S. Allen ve Rossi yüksek elektron hareketliliğinin gaz karışımını ve düşük elektron ekini buldular. bu araştırmalar temelinde Aallen ve Rossi savaştan sonra patent alacak olan “hızlı iyonasyon odasını“ buldular. Bu Manhattan Projesinin başarısında hayati bir faktördü ve savaş sonrasında parçacık fiziği alanındaki araştırmalarda genişçe kullanılmaya başlandı. 

1944 Nisanında Manhattan Projesi bir krizle karşı karşıya geldi. Emilio Segrè’nin grubu reaktörlerde yapılan plütonyumun silah tipi bir plütonyum silahında çalışmayacağını keşfettiler. Tıpkı bir “zayıf adam“ gibi. Bu durumda Oppenheimer bir içten patlama tipi silah geliştirmeye odaklanmak için laboratuvarı tamamen yeniden organize etti. 

Rossi simetrik küresel içten patlama üretebilecek farklı silah tasarımlarını test edebileceği bir metot kullandı. Testler metal bir kürede gama ışınlarının emilişindeki değişiklikleri ölçüyordu. Gama ışınları kürenin merkezine yerleştirilmiş kısa ömürlü Lanthanum-140 radyo izotopunun bir paleti tarafından yayılıyordu. RaLa deneyi terimi Radyoaktif Lanthanum’un kısaltmasından adını alır. Sıkıştırma ilerledikçe emilimde hızlı bir yükselme algılandı, düzeneğin dışında gama ışınlarının yoğunluğunda azalma kaydedildi.