基本粒子理論

基本粒子的結(jié)構(gòu)、相互作用和運動轉(zhuǎn)化規(guī)律的理論，它的理論體系就是量子場論。按照量子場論的觀點，每一類型的粒子都由相應(yīng)的量子場描述，粒子之間的相互作用就是這些量子場之間的耦合，而這種相互作用是由規(guī)范場量子傳遞的。

20世紀(jì)30年代以來，基本粒子理論在實驗的基礎(chǔ)上有了很大進(jìn)展。在粒子結(jié)構(gòu)方面，人們已經(jīng)通過對稱性的研究深入到了一個層次，肯定了強(qiáng)子是由層子和反層子組成的，對真空特別是對真空自發(fā)破缺也有了新的認(rèn)識。在相互作用方面，發(fā)展了可描述電磁相互作用的量子電動力學(xué)，發(fā)展了能統(tǒng)一描述弱相互作用和電磁相互作用的弱電統(tǒng)一理論，可用于描述強(qiáng)相互作用的量子色動力學(xué)。它們無一例外都是量子規(guī)范場理論，并且都在很大程度上與實驗一致，從而使人們對各種相互作用的規(guī)律性有了更深一層的了解。

基本粒子理論在本質(zhì)上是一個發(fā)展中的理論，它在許多方面還不能令人滿意。其中有兩個具有哲學(xué)意義的理論問題尚待澄清，即:層次結(jié)構(gòu)問題(見物質(zhì)結(jié)構(gòu)層次)和相互作用統(tǒng)一問題(見相互作用的統(tǒng)一理論)。在物質(zhì)結(jié)構(gòu)的原子層次上，可以把原子中的電子和原子核分割開來;在原子核層次上，也可以把組成原子核的質(zhì)子和中子從原子核中分割出來。可是進(jìn)入到"基本粒子"層次后，情況有了變化。這種變化在于強(qiáng)子雖然是由帶"色"的層子和反層子組成的，但卻不能把層子或反層子從強(qiáng)子中分割出來�；�本粒子特征
基本粒子特征
這種現(xiàn)象被稱為"色"禁閉。于是，在"基本粒子"層次，物質(zhì)可分的概念增添了新的內(nèi)容。可分并不等于可分割，強(qiáng)子以層子和反層子作為組分，但卻不能從強(qiáng)子中分割出層子和反層子。"色"禁閉現(xiàn)象的原因至今還未能從理論上找到明確答案。80年代已知的層子、反層子已達(dá)36種，輕子、反輕子已達(dá)12種，再加上作為力的傳遞者的規(guī)范場粒子以及 Higgs粒子，總數(shù)已很多，這就使人們?nèi)ピO(shè)想這些粒子的結(jié)構(gòu)。物理學(xué)家們對此已經(jīng)給出許多理論模型，但各模型之間差別很大，還很難由實驗驗證和判斷究竟哪個模型正確。

模型理論

在弱電統(tǒng)一理論獲得成功之后，人們又探求強(qiáng)作用和弱作用、電磁作用三者之間的統(tǒng)一，提出了各種大統(tǒng)一模型理論。這種理論預(yù)言質(zhì)子也會衰變，其壽命約為1032±2年。但還沒有得到實驗上的證實。在探索力的統(tǒng)一理論時不能不考慮引力。但引力和弱作用力、電磁作用力、強(qiáng)作用力有重要差別，因為它直接與空間、時間的測度有聯(lián)系，它的傳遞者──引力子的自旋不同于其他三種作用力的傳遞者，它的耦合常數(shù)有量綱~(質(zhì)量)-2 ，從而會出現(xiàn)無窮多種發(fā)散，不能重整化。如果再考慮到A.愛因斯坦所提出的引力方程的非線性性質(zhì)，就更增加了引力理論量子化、重整化的困難。初步的探討認(rèn)為，引力場也是一種規(guī)范場，這就意味著引力和其他三種基本力在邏輯上最終會統(tǒng)一起來。但從問題的深度上可以看到，有一些關(guān)鍵性的因素人們還沒有掌握。