Docente di fisica all'Università di Pisa, Rubbia ha diretto l'equipe di ricercatori che, grazie al gigantesco acceleratore di particelle UA1 del CERN (Centro Europeo di Ricerche Nucleari) di Ginevra, è arrivata ad individuare i quanti dell'interazione debole: Z⁰, W⁺,W^-.
L'esistenza di queste particelle era stata ipotizzata solo sul piano teorico, ma la loro scoperta era sempre sfuggita alle ricerche dei fisici.
Con la sua identificazione Rubbia ha concluso un capitolo della storia della fisica iniziato negli anni '60, quando Murray Gell-Mann postulò l'esistenza dei quark, poi confermata dai dati sperimentali.

Nel 1984 Rubbia ha ricevuto il premio Nobel per la fisica insieme a Van der Meer, l'ingegnere del CERN che, modificando in modo opportuno un acceleratore, lo ha messo in grado di produrre un fascio di protoni ed uno di antiprotoni e di farli collidere frontalmente, producendo così le particelle elementari necessarie alla scoperta dei quanti dell'interazione debole.