此后，人類所知的基本粒子數目不斷增多。1947年，羅切斯特和巴特勒在宇宙線實驗中發現了v粒子（即K介子），這標志著一系列新粒子發現的開始，后來這些粒子被稱為奇異粒子。由于它們獨特的性質，一個新的量子數——奇異數的概念被引入粒子物理學。在這些奇異粒子中，有質量比質子輕的奇異介子，也有質量比質子重的各種超子。在地球的正常條件下高能物理中子物理學家，它們是不存在的，在當時的環境下，只有借助從太空飛來的高能宇宙線才能產生它們。
這些被發現的基本粒子，加上理論預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可分為四類：引力子、光子、輕子和強子。為了克服宇宙線流太弱的限制，從20世紀50年代初開始，人們陸續建造了能量越來越高、流速越來越強的粒子加速器。實驗上，新的、強有力的探測手段也相繼出現，如大型氣泡室、火花室、多絲正比室等，開啟了新粒子大發現時期。
顆粒分類
到了 20 世紀 60 年代初，實驗觀測到的基本粒子數目已超過元素周期表問世時發現的化學元素數目，發現的勢頭越來越強。1961 年，蓋爾曼和奈曼提出了一種根據強相互作用的對稱性對強子進行分類的方法，類似于化學元素周期表。
八重分類不僅給出了當時已發現的強子的位置，而且準確地預言了一些新粒子，例如1964年氣泡室實驗發現的Ω粒子。八重分類很好地解釋了自旋、宇稱、電荷、奇異數和質量等粒子靜態性質的規律性。
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，我國王淦昌等人發現了第一個帶電反超子。此外，還發現了大量在強相互作用下衰變的壽命極短的粒子——共振態。
建立體系
大量基本粒子的發現，使人們對這些基本粒子的根本性質產生了懷疑，基本粒子的概念正面臨突變。
20世紀40年代至60年代，人們對??微觀世界的理性認識的最大進展是量子力學的建立。經過一代物理學家的努力，量子力學能夠很好地解釋原子結構、原子光譜的規律、化學元素的性質、光的吸收和輻射等現象。特別是在它與狹義相對論相結合建立相對論量子力學之后，成為原子、分子水平上微觀世界的基本理論。
然而，量子力學仍然存在幾個不足：不能反映場的粒子性；不能描述粒子產生和湮滅的過程；有負能量解，導致物理概念上的困難。量子場論是狄拉克、約當、維格納、海森堡、泡利在相對論量子力學的基礎上，通過場的量子化發展起來的，很好地解決了這三個問題。
1947年庫什和傅立葉發現的電子反常磁矩，以及蘭姆等人發現的氫原子能級分裂，只有用量子電動力學的重正化理論才能正確解釋。如今，量子電動力學已經經過多次實驗驗證，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”的觀念最早由費米和楊振寧于1949年提出。他們認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合態。1955年，坂田昭一擴展了費米和楊振寧的模型，提出了強子由核子、超子及其反粒子組成的模型。
夸克命名
1961年，實驗發現了多種共振態。1964年，發現的基本粒子（包括共振態）數量增至數百種，這促使蓋爾曼和茨威克提出，對稱性的基礎是構成所有強子的構造塊，共有三種，稱為夸克。
自 20 世紀 60 年代以來，人們進行了在宇宙線、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 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現夸克，但卻獲得了夸克存在的間接但更有力的證據。
與強子數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了兩種類型的中微子以來，很長一段時間內已知的輕子只有四種。然而高能物理中子物理學家，情況在1975年發生了變化，Per等人在一次電子-正電子碰撞實驗中發現了一種新的輕子。它帶正電或負電，是質子的兩倍，因此也被稱為重輕子。與之相對應的是，人們普遍認為應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子的強、弱相互作用應以夸克為中心，同時要充分考慮強子的結構特點和各種過程的運動學特點，才能正確解釋強子的動力學性質，如壽命、寬度、形狀因子、截面等。1965年我國發展的強子結構層子模型是最早進行此方向研究的成果之一。層子這一名稱的命名是為了強調物質結構的無限層次，比強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展的主流都是沿著這個方向，弱相互作用不斷取得突破，強相互作用也取得重大進展。
最早的弱相互作用理論是費米于1934年提出的，用于解釋中子衰變現象。弱相互作用中宇稱不守恒的發現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，被稱為普適的費米型弱相互作用理論。
統一理論
1961年，格拉肖提出了電磁相互作用與弱相互作用的統一理論，該理論的基礎是1954年楊振寧和米爾斯提出的非阿貝爾規范場理論網校頭條，但該理論并沒有回答這些粒子是否具有靜止質量、如何在理論上對其進行重正化等問題。
1967年至1968年，溫伯格和薩拉姆解釋了規范場粒子可以具有靜止質量，并計算出了這些靜止質量與弱相互作用耦合常數和電磁相互作用耦合常數的關系。該理論的一個重要點就是預言了弱中性流的存在，但當時實驗上并沒有觀測到弱中性流現象。由于缺乏實驗支持，這一模型當時并未引起人們的重視。
1973年，美國費米實驗室和歐洲原子核研究中心在實驗中發現了弱中性電流，人們開始關注這一模型。1983年，魯比亞實驗組等人發現高能質子-反質子碰撞實驗的特性與標準粒子的理論預期完全一致，這給了電弱統一理論巨大的支持，使其有可能成為弱相互作用的基本理論。
開發狀態報告
編輯
粒子物理早已比強子更深層次地深入研究物質的性質，更高能量加速器的建設無疑將為粒子物理實驗研究提供更加有力的手段，有助于產生更多的新粒子，以明確夸克和輕子的類型、性質及其可能的內部結構。
近年來電弱相互作用統一理論的成功，特別是弱規范粒子的發現，堅定了人們對局域規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子內部結構、夸克和膠子的性質以及強相互作用的性質提供了可靠的分析方法。未來強相互作用將是粒子物理研究的一個重點。
統一電磁相互作用、弱相互作用和強相互作用的大統一理論近年來引起了廣泛關注，但即使是最簡單的模型，也包含近20個無量綱參數，說明這一理論還包含很多現象元素，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，從發展趨勢來看，粒子物理學的進展必將對宇宙演化的研究起到促進作用，這方面的研究也將是一個非常活躍的領域。
需要注意的是，物理學是一門實驗型科學，粒子物理也不例外，因此培養物理學人才意義深遠。（比如，丁肇中就熱衷于培養國內高能物理人才，經常回國選拔年輕科學家到他所領導的課題組工作；他還被聘為中科院高能物理研究所學術委員會委員。）