基本粒子理論

20世紀30年代以來，基本粒子理論在實驗的基礎上有了很大進展。在粒子結構方面，人們已經通過對稱性的研究深入到了一個層次，肯定了強子是由層子和反層子組成的，對真空特別是對真空自發破缺也有了新的認識。在相互作用方面，發展了可描述電磁相互作用的量子電動力學，發展了能統一描述弱相互作用和電磁相互作用的弱電統一理論，可用於描述強相互作用的量子色動力學。它們無一例外都是量子規範場理論，並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律性有了更深一層的了解。

基本粒子理論在本質上是一個發展中的理論，它在許多方面還不能令人滿意，其中有兩個具有哲學意義的理論問題尚待澄清，即：層次結構問題（見物質結構層次）和相互作用統一問題(見相互作用的統一理論)。在物質結構的原子層次上，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子和中子從原子核中分割出來。可是進入到"基本粒子"層次后，情況有了變化。這種變化在於強子雖然是由帶"色"的層子和反層子組成的，但卻不能把層子或反層子從強子中分割出來。這種現象被稱為"色"禁閉。於是，在"基本粒子"層次，物質可分的概念增添了新的內容。可分並不等於可分割，強子以層子和反層子作為組分，但卻不能從強子中分割出層子和反層子。"色"禁閉現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36種，輕子、反輕子已達12種，再加上作為力的傳遞者的規範場粒子以及 Higgs粒子，總數已很多，這就使人們去設想這些粒子的結構。物理學家們對此已經給出許多理論模型，但各模型之間差別很大，近期內還很難由實驗驗證和判斷究竟哪個模型正確。

在弱電統一理論獲得成功之後，人們又探求強作用和弱作用、電磁作用三者之間的統一，提出了各種大統一模型理論。這種理論預言質子也會衰變，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、強作用力有重要差別，因為它直接與空間、時間的測度有聯繫，它的傳遞者──引力子的自旋不同於其他三種作用力的傳遞者，它的耦合常數有量綱～(質量)-2 ，從而會出現無窮多種發散，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，就更增加了引力理論量子化、重整化的困難。初步的探討認為，引力場也是一種規範場，這就意味著引力和其他三種基本力在邏輯上最終會統一起來。但從問 題的深度上可以看到，有一些關鍵性的因素人們還沒有掌握。