质子带正电，电量也是一个基本电荷。电荷并不是独立的粒子，而是一些粒子自具的秉性。电荷是一个离散的量，亦即量子化的不连续的量，所有带电粒子的电量都是基本电荷的整数倍。近年似乎有迹象表明夸克所带的电荷不是整数，但仍待确证。已发现的粒子中，多数不带电。
1.2.6 放射与衰变
从19世纪末期开始，人们观察到了一些物质能够自发的发出射线
（粒子流、电磁波），物质自己则发生了变化。随着研究的深化，α、β、γ
射
线、正电子流、中子流、质子流、中微子流等放射现象相继进入研究者的视野。现在人们认识到，所谓放射是指不稳定的元素（即核素——为了区
别同位素而发明的术语，同一元素涵有不同的核素）自发地放出射线，从而衰变成稳
定元素并停止放射的过程。元素周期表中原子序数在83以上的都具有放射性。衡量放射快慢的概念叫半衰期，是指放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需时间。
所谓衰变则是说放射性核素、以及一些粒子自发转变为另一种或几种核素、以及其他粒子的过程。对核子而言，放射现象取决于元素自身的结构、性质，与外界环境无关。元素具有放射性，就表明这个元素是不稳定的。
目前发现的粒子，只有11种粒子是稳定的（对粒子而言，稳定与否，乃以
是否通过弱相互作用而衰变来判定。因而，虽然有些粒子非常短命，但仍是稳定粒子），分别是
光子、三种中微子及其反粒子、电子和正电子、质子和反质子。其他的粒子都有衰变性，可以变成更轻的粒子。如人们所熟知的中子就是不稳定粒子，在自由状态下，发射一个电子和一个反中微子而衰变为质子（中
子在原子核中是稳定的）。
1.2.7 湮灭与产生
正反粒子相撞后，放出能量（电磁波、辐射），自身消失，也就是实物粒子变成辐射波动了。可以想象，当更大质量的正反物质相撞时，会产生大量的高能辐射，但目前只有粒子层面有正反粒子，理论预言的（或
者说允许的）反物质尚未发现。在高能电子对撞机、回旋加速器中，有大
量的新粒子产生（往往是正反粒子对，成对生成、同时湮灭），但寿命都很短，很快衰变成稳定粒子，这些新粒子称为共振态粒子（强子）。有人认为共振态粒子是稳定强子的复合态，也有认为是稳定强子的激发态（由基态跃迁到新
的能级但尚未电离）。
另有一种奇异粒子（在宇宙射线和加速器中均有发现，属于强子类），与早前发现的粒子不同，有两方面特点。一是总以粒子对的形式双双出现，但却各自独立衰变，最后成为普通粒子（奇异粒子发现后，早前的强子称为普通粒子）。二是产生很快（在加速器中粒子高速碰撞产生，属于强相互作用）、衰变很慢（由相互作
用所支配）。概括言之，协同产生、非协同衰变。为了解释奇异粒子的特
性，引入了奇异数概念（量子化的参数，普通粒子的奇异数为0，奇异粒子不是0），并认为在强相互作用和电磁相互作用中，奇异数守恒，但在弱相互作用中并不守恒。
1.2.8 对称与守恒
对称是自然界常见的现象。物理学中的对称则是指物质的状态和运动规律在对称变换下的不变性（通常也包含各种守恒性）。最常见的对称性是时空几何对称性，在连续变换中物理定律不变。另有一种是指在分立变换（如时空反演、正反粒子对换）中，物理定律不变。由于变换中物理定律不变，就必然存在不变的物理量，这就是守恒，即一个孤立物理体系中某种物理量的总量在运动过程中保持不变。连续变换的守恒量具有相加性（复
合体系中总守恒量是各部分之和），分立变换的守恒量则是相乘性（复合体系中总守恒量是各部分之积）。现在公认的守恒量有质量、能量、动量、角动量、电荷、
自旋、同位旋等，都是连续变换中的相加性守恒。分立变换有三种，一是空间反演（镜像变换），称为P变换；一是时间反演，称为T变换；一是电荷共轭（亦即正反粒子互换），称为C变换。三者的联合反演缩写为CPT。
分立变换中的不变性或守恒性与连续变换稍有不同。如空间反演中的守恒性（又称宇称守恒）在弱相互作用中不适用。宇称守恒是指在任何情况下,任何粒子的空间反演与该粒子除自旋方向外，具有完全相同的性质。但现已证实，在弱相互作用中宇称不守恒。时间反演中的守恒性也遇到热力学问题（热总是从高到低传递，但在时间反演中不可能变为由低到高）。
广义相对论之后，对称性研究取得了长足进展。目前各种守恒定律已经被纳入对称性了。在物理学中，有对称操作一说，即在任何一种定义明确的动作下，对象保持始末一致。例如，如果整个封闭系统以任何一种规定的角度旋转，所有物理学定律在这一系统中都不会产生变化，这其实就是角动量守恒定律。再如，系统若在空间运动，物理定律不会变化，这对应动量守恒定律。又如，系统若进行时间平移，物理定律不发生变化，这对应能量守恒定律。物理学中的对称操作全都以数学运算表达。诸如算符、算符场、对易等等。在量子力学里，数学算符已成为不可或缺的物理语言。所谓算符，并不仅仅是一个简单的数学函数表达式，而是代表一种物理操作，代表物理状态的变化。比如量子场论就有粒子的产生算符和湮灭算符。这样，物理过程被表达为数学运算，数学运算代替了物理过程。当代物理学很大程度上就是数学。
1.2.9 运动与振动
基本粒子都在高速运动，有的是光速、有些接近光速，这与经验世界迥异。
基本粒子由于被抽象为点状粒子，所以很少论及粒子的振动。在原子核物理中，综合模型或集体模型倒是谈及了核振动，有体积不变的形状振动（四极振动等）、体积改变的压缩振动（单极振动、胀缩振动）、中子和质子相对运动的偶极振动。
在强子实验中，加速器中产生了大量寿命极短的粒子。具体现象是，当入射粒子能量在一定数值时，碰撞中的散射或反应的截面（截面是指入
射粒子与靶向粒子相互作用的概率，截面越大，相互作用的可能性越大）迅速增大，截面值
随能量的变化与人们熟知的共振现象一致，故将此时产生的粒子成为共振态。但这种共振态并不是指粒子本身振动。
在量子场论中，有些理论认为量子场具有振动本性，但甚少论及其激发态亦即粒子具有振动性。在解释中微子的特性中，倒是有中微子振荡一说。
1.2.10 相互转化
基本粒子可以对应性的相互转化。如中子与质子，一个中子放出一个电子和反中微子，自身变成质子；而一个质子放出一个正电子和中微子自身则变成中子。再如电子与光子，正负电子相撞后变成光子，而光子也在一定的能量下可以转化为正负电子对，甚至质子反质子对。如共振态强子瞬间转化为其他粒子。另外，在原子核中，中子和质子可以通过吸收和释放π介子而互相转换。
转化可粗略分为四种形式，一是正反粒子碰撞而湮灭，二是不稳定粒子的衰变，三是粒子相撞变成另外的粒子，四是吸收或释放能量变为其他粒子。
1.2.11 标准模型
大型加速器投入使用后，实验室中发现了大量新粒子。为了规范或分类这些纷乱的新粒子，盖尔曼等人大胆地提出了一种强子结构，认为所有强子都由更小的粒子即夸克和反夸克构成，重子有三个夸克、介子则由一个夸克和一个反夸克构成。夸克带分数电荷，通过交换胶子联结。大量新粒子之所以特征不同，在于夸克的组成和结构。目前认为夸克有六种，称为六种“味”，即上、下、魅、奇、底、顶，每一种夸克都有自己的内禀性质和他们的反粒子，夸克之间也可以相互转化。夸克还有“色”荷（为了符合泡利不相容原则而提出的新量子化参数，色荷类似于电荷），表征夸克的一些独特性质，是解释夸克结合成强子而引入的量子数。夸克模型在解释和预言方面成就突出，但在实验中没有发现夸克，只有一些间接的存在证据。
所谓标准模型是一套统一描述强、弱及电磁相互作用及组成所有物
质的基本粒子的理论，隶属量子场论的范畴，并与量子力学及狭义相对论相容。
标准模型中粒子有三类。一类是物质粒子，是物质世界的基本单元，包括夸克、轻子及二者的反粒子。夸克有6种“味”、3种“色”，合计18种。轻子有6种。18种夸克和6种轻子以及他们各自的反粒子，总计48种实物粒子，他们都是自旋为1/2的费米子。二是传递相互作用的媒介粒子，分别是传递电磁作用的光子，传递弱相互作用的中间玻色子W+、W-、Z0，传递强相互作用的8种胶子，总计12种（加上传递引力相
互作用的引力子则为13种），都是自旋为
1的玻色子。玻色子不是构成物质世
界的基本单元。三是为了使得“自发对称性破缺”产生而引入的希格斯粒子，自旋为0。希格斯粒子在标准模型中是质量的来源。标准模型中粒子总计61种（加上引力子则为62种）。
标准模型里，物质粒子（费米子）分为三代，每一代的差异仅仅体现在质量上，其余的性质基本相同。每代都含两个夸克和两个轻子，从第一代到第三代质量递增。事实上物质世界是由第一代物质粒子（电子、上夸克、下夸克、电中微子）构成。第二代和第三代寿命极短，都是在高能加速器中产生的，并且很快衰变为第二代、第一代粒子。
标准模型是一个相当成功的理论，不仅解释力非常强，而且到目前为止，几乎所有对三种相互作用的实验的结果都合乎这套理论的预测。
当然标准模型也存在问题，比如粒子数达61个、参数达19个、没有涉及引力、希格斯粒子尚未得到证实、夸克幽禁问题等等。
2，四种相互作用及其统一
从宏观宇宙到微观粒子，所有的相互作用力归结为四种，即强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用、引力相互作用。量子场论认为，所有相互作用都是通过交换媒介粒子实现。
强相互作用：发生在强子（介子、核子、超子，此外的粒子没有强相互作用）之间的作用力，是四种力中最强的。强相互作用是一种吸引性质的短程力，作用距离在10?15米内，大致相当于核子之间的距离。超过这个尺度，强相互作用力消失（疾速衰减。还有一种为了解释实验现象的假设，即强相互作用随着粒
子距离的拉近而降低）。强相互作用是强子间交换媒介粒子（胶子）实现，是强
子稳定地结合在一起的纽带。质子和中子组成的原子核之所以稳定，就是因为强大的强相互作用。
弱相互作用：发生在轻子、强子等粒子（也就是除了光子之外的粒子）之间的作用力。弱相互作用是一种短程力，作用范围在10?17米内，超过此距离，弱力消失。弱相互作用是导致粒子衰变的作用力，其作用强度是强相互作用的十万分之一。传递弱相互作用的媒介粒子是中间玻色子。
最早发现的弱相互作用是原子核的β衰变。后来又在介子、重子和轻子的衰变和中微子散射等现象中发现弱相互作用。有人将弱相互作用分为两种，一种是有轻子(电子
e，中微子ν，μ子以及它们的反粒子)参与的反应，如β
衰变，μ子的衰变以及π介子的衰变等；另一种是Κ介子和∧超子的衰变。这两种弱相互作用的强度相同，相互作用时间约为10?6～10?8秒。
电磁相互作用：作用于带电粒子或具有磁矩（许多基本粒子如电子都有内
禀磁矩，磁矩也是量子化的）的粒子之间。电磁相互作用是一种远程力，理论
上可以无限远，有引力和斥力两种，电磁力随距离增大而减小的规律与万有引力相似。电磁相互作用的强度仅次于强相互作用，约为后者的百分之一。传递电磁相互作用的媒介粒子是光子。
引力相互作用：普遍存在于所有有质量的粒子之间，是一种无限远的长程力，只具有吸引作用，其作用强度是强相互作用的1040分之一。传递引力相互作用的媒介粒子称为引力子，但这只是理论假设，没有得到验证。
在宏观世界，引力起主导作用。在分子和原子层面，电磁相互作用起主导作用。在亚原子层面，强相互作用起主导作用，弱相互作用只有在强力不起作用时才凸显出来。在分子层面及以下，引力相互作用可以忽略。
电弱统一理论
把弱相互作用和电磁相互作用统一起来的理论。电、弱相互作用则是同一种相互作用（即电弱相互作用）的不同表现形式。略言之，在高能状态下，电磁相互作用和弱相互作用本是同一种作用，随着能量降低，出现了“对称性自发破缺”（希格斯场在物理真空态中某一方向的不为零，引起物理真空的
场量偏离零状态，导致某种对称性破缺。破缺的后果是理论中质量为零的粒子获得了质量），于
是成为两种不同的相互作用。这个理论从设想到成熟经历了较长时间，经过了多项实验验证（理论预言的中性弱流验证和W、Z中间玻色子的实验验证。但理论
预言的希格斯粒子尚未得到证实，另有一些尚待解决的问题）。
大统一设想
电弱统一理论以及大爆炸宇宙论模型促成了大统一构想。所谓大统一，就是试图将引力之外的三种相互作用统一起来的理论。目前有形形色色的理论模型，但都存在问题，都没有得到确定的实验验证（大统一理
论设想，在高能状态下三种相互作用才有共同的形式。但需要的能量太高，目前的加速器达不到。该理论有一个新颖的预言：质子能够衰变），仍处于假设阶段。
终极统一设想
终极统一设想是指将四种相互作用统一起来的理论。许多人在大爆