此后，人類所知的基本粒子數(shù)目不斷增多。1947年，羅切斯特和巴特勒在宇宙線實驗中發(fā)現(xiàn)了v粒子（即K介子），這標(biāo)志著一系列新粒子發(fā)現(xiàn)的開始，后來這些粒子被稱為奇異粒子。由于它們獨(dú)特的性質(zhì)，一個新的量子數(shù)——奇異數(shù)的概念被引入粒子物理學(xué)。在這些奇異粒子中，有質(zhì)量比質(zhì)子輕的奇異介子，也有質(zhì)量比質(zhì)子重的各種超子。在地球的正常條件下高能物理中子物理學(xué)家，它們是不存在的，在當(dāng)時的環(huán)境下，只有借助從太空飛來的高能宇宙線才能產(chǎn)生它們。
這些被發(fā)現(xiàn)的基本粒子，加上理論預(yù)言存在但尚未被實驗證實的引力場量子——引力子，按其相互作用的性質(zhì)可分為四類：引力子、光子、輕子和強(qiáng)子。為了克服宇宙線流太弱的限制，從20世紀(jì)50年代初開始，人們陸續(xù)建造了能量越來越高、流速越來越強(qiáng)的粒子加速器。實驗上，新的、強(qiáng)有力的探測手段也相繼出現(xiàn)，如大型氣泡室、火花室、多絲正比室等，開啟了新粒子大發(fā)現(xiàn)時期。
顆粒分類
到了 20 世紀(jì) 60 年代初，實驗觀測到的基本粒子數(shù)目已超過元素周期表問世時發(fā)現(xiàn)的化學(xué)元素數(shù)目，發(fā)現(xiàn)的勢頭越來越強(qiáng)。1961 年，蓋爾曼和奈曼提出了一種根據(jù)強(qiáng)相互作用的對稱性對強(qiáng)子進(jìn)行分類的方法，類似于化學(xué)元素周期表。
八重分類不僅給出了當(dāng)時已發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子的位置，而且準(zhǔn)確地預(yù)言了一些新粒子，例如1964年氣泡室實驗發(fā)現(xiàn)的Ω粒子。八重分類很好地解釋了自旋、宇稱、電荷、奇異數(shù)和質(zhì)量等粒子靜態(tài)性質(zhì)的規(guī)律性。
這一時期，人們證實不僅電子，所有粒子都有反粒子（有些粒子的反粒子就是自身）。1959年，我國王淦昌等人發(fā)現(xiàn)了第一個帶電反超子。此外，還發(fā)現(xiàn)了大量在強(qiáng)相互作用下衰變的壽命極短的粒子——共振態(tài)。
建立體系
大量基本粒子的發(fā)現(xiàn)，使人們對這些基本粒子的根本性質(zhì)產(chǎn)生了懷疑，基本粒子的概念正面臨突變。
20世紀(jì)40年代至60年代，人們對??微觀世界的理性認(rèn)識的最大進(jìn)展是量子力學(xué)的建立。經(jīng)過一代物理學(xué)家的努力，量子力學(xué)能夠很好地解釋原子結(jié)構(gòu)、原子光譜的規(guī)律、化學(xué)元素的性質(zhì)、光的吸收和輻射等現(xiàn)象。特別是在它與狹義相對論相結(jié)合建立相對論量子力學(xué)之后，成為原子、分子水平上微觀世界的基本理論。
然而，量子力學(xué)仍然存在幾個不足：不能反映場的粒子性；不能描述粒子產(chǎn)生和湮滅的過程；有負(fù)能量解，導(dǎo)致物理概念上的困難。量子場論是狄拉克、約當(dāng)、維格納、海森堡、泡利在相對論量子力學(xué)的基礎(chǔ)上，通過場的量子化發(fā)展起來的，很好地解決了這三個問題。
1947年庫什和傅立葉發(fā)現(xiàn)的電子反常磁矩，以及蘭姆等人發(fā)現(xiàn)的氫原子能級分裂，只有用量子電動力學(xué)的重正化理論才能正確解釋。如今，量子電動力學(xué)已經(jīng)經(jīng)過多次實驗驗證，成為電磁相互作用的基本理論。
并非所有基本粒子都是“基本”的觀念最早由費(fèi)米和楊振寧于1949年提出。他們認(rèn)為介子不是基本粒子，核子才是基本粒子，介子只是核子和反核子的結(jié)合態(tài)。1955年，坂田昭一擴(kuò)展了費(fèi)米和楊振寧的模型，提出了強(qiáng)子由核子、超子及其反粒子組成的模型。
夸克命名
1961年，實驗發(fā)現(xiàn)了多種共振態(tài)。1964年，發(fā)現(xiàn)的基本粒子（包括共振態(tài)）數(shù)量增至數(shù)百種，這促使蓋爾曼和茨威克提出，對稱性的基礎(chǔ)是構(gòu)成所有強(qiáng)子的構(gòu)造塊，共有三種，稱為夸克。
自 20 世紀(jì) 60 年代以來，人們進(jìn)行了在宇宙線、加速器、巖石中尋找夸克的實驗，但至今沒有證實成功的報道。20 世紀(jì) 60、70 年代，人們建造了更多能量更高、性能更好的加速器，雖然在這些加速器中沒有發(fā)現(xiàn)夸克，但卻獲得了夸克存在的間接但更有力的證據(jù)。
與強(qiáng)子數(shù)量的快速增加相對照的是，自1962年在大型火花室中實驗確認(rèn)了兩種類型的中微子以來，很長一段時間內(nèi)已知的輕子只有四種。然而高能物理中子物理學(xué)家，情況在1975年發(fā)生了變化，Per等人在一次電子-正電子碰撞實驗中發(fā)現(xiàn)了一種新的輕子。它帶正電或負(fù)電，是質(zhì)子的兩倍，因此也被稱為重輕子。與之相對應(yīng)的是，人們普遍認(rèn)為應(yīng)該存在另一類中微子，但尚未得到實驗證實。
夸克理論提出后不久，有人就意識到研究強(qiáng)子的強(qiáng)、弱相互作用應(yīng)以夸克為中心，同時要充分考慮強(qiáng)子的結(jié)構(gòu)特點和各種過程的運(yùn)動學(xué)特點，才能正確解釋強(qiáng)子的動力學(xué)性質(zhì)，如壽命、寬度、形狀因子、截面等。1965年我國發(fā)展的強(qiáng)子結(jié)構(gòu)層子模型是最早進(jìn)行此方向研究的成果之一。層子這一名稱的命名是為了強(qiáng)調(diào)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的無限層次，比強(qiáng)子更深層次的層子就是夸克。近20年來，粒子物理實驗和理論發(fā)展的主流都是沿著這個方向，弱相互作用不斷取得突破，強(qiáng)相互作用也取得重大進(jìn)展。
最早的弱相互作用理論是費(fèi)米于1934年提出的，用于解釋中子衰變現(xiàn)象。弱相互作用中宇稱不守恒的發(fā)現(xiàn)給弱相互作用理論的研究帶來了巨大的推動力。不久之后，在洛倫茲變換下建立了描述弱相互作用的流形式，并適用于所有的弱相互作用過程，被稱為普適的費(fèi)米型弱相互作用理論。
統(tǒng)一理論
1961年，格拉肖提出了電磁相互作用與弱相互作用的統(tǒng)一理論，該理論的基礎(chǔ)是1954年楊振寧和米爾斯提出的非阿貝爾規(guī)范場理論網(wǎng)校頭條，但該理論并沒有回答這些粒子是否具有靜止質(zhì)量、如何在理論上對其進(jìn)行重正化等問題。
1967年至1968年，溫伯格和薩拉姆解釋了規(guī)范場粒子可以具有靜止質(zhì)量，并計算出了這些靜止質(zhì)量與弱相互作用耦合常數(shù)和電磁相互作用耦合常數(shù)的關(guān)系。該理論的一個重要點就是預(yù)言了弱中性流的存在，但當(dāng)時實驗上并沒有觀測到弱中性流現(xiàn)象。由于缺乏實驗支持，這一模型當(dāng)時并未引起人們的重視。
1973年，美國費(fèi)米實驗室和歐洲原子核研究中心在實驗中發(fā)現(xiàn)了弱中性電流，人們開始關(guān)注這一模型。1983年，魯比亞實驗組等人發(fā)現(xiàn)高能質(zhì)子-反質(zhì)子碰撞實驗的特性與標(biāo)準(zhǔn)粒子的理論預(yù)期完全一致，這給了電弱統(tǒng)一理論巨大的支持，使其有可能成為弱相互作用的基本理論。
開發(fā)狀態(tài)報告
編輯
粒子物理早已比強(qiáng)子更深層次地深入研究物質(zhì)的性質(zhì)，更高能量加速器的建設(shè)無疑將為粒子物理實驗研究提供更加有力的手段，有助于產(chǎn)生更多的新粒子，以明確夸克和輕子的類型、性質(zhì)及其可能的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
近年來電弱相互作用統(tǒng)一理論的成功，特別是弱規(guī)范粒子的發(fā)現(xiàn)，堅定了人們對局域規(guī)范場論作為相互作用基本理論的信念，也為今后以高能輕子為探針探索強(qiáng)子內(nèi)部結(jié)構(gòu)、夸克和膠子的性質(zhì)以及強(qiáng)相互作用的性質(zhì)提供了可靠的分析方法。未來強(qiáng)相互作用將是粒子物理研究的一個重點。
統(tǒng)一電磁相互作用、弱相互作用和強(qiáng)相互作用的大統(tǒng)一理論近年來引起了廣泛關(guān)注，但即使是最簡單的模型，也包含近20個無量綱參數(shù)，說明這一理論還包含很多現(xiàn)象元素，還只是一種非常初步的嘗試，距離成為有效理論還有很長的路要走。
另外，從發(fā)展趨勢來看，粒子物理學(xué)的進(jìn)展必將對宇宙演化的研究起到促進(jìn)作用，這方面的研究也將是一個非常活躍的領(lǐng)域。
需要注意的是，物理學(xué)是一門實驗型科學(xué)，粒子物理也不例外，因此培養(yǎng)物理學(xué)人才意義深遠(yuǎn)。（比如，丁肇中就熱衷于培養(yǎng)國內(nèi)高能物理人才，經(jīng)?；貒x拔年輕科學(xué)家到他所領(lǐng)導(dǎo)的課題組工作；他還被聘為中科院高能物理研究所學(xué)術(shù)委員會委員。）