所有的粒子，都有与其质量、寿命、自旋、同位旋相同，但电荷、重子数、轻子数、奇异数等量子数异号的粒子存在，称为该种粒子的反粒子。电子的反粒子一正电子，最早是由P.A.M.狄克在理论上预言的，随后在1932年在实验上由c.D.德森等予以证实。质子的反粒子——反质子是1955年被发现的。迄今，已经发现了几乎所有相对于强作用来说较稳定的粒子的反粒子。
既然每种基本粒子都有各自相应的反粒子，由此推测一种反物质的存在是可能的。宇宙间是否在什么地方存在着反物质，数量有多大，虽然人类已在太空中进行探索，但目前仍然一无所知。
基本粒子数目的大大增加，使人们认识到它们也不可能是最基本的组分。
1964年，盖耳曼等人提出，基本粒子都是由更基本的夸克粒子组成，并提出有三种夸克以及相应的三种反夸克。目前人们间接证明夸克连同对应的反夸克共有12种。随着更高能量加速器的建成，人类对基本粒子的认识也必将愈加深刻。
30.擅长“地遁”的中微子
日本、美国和韩国科学家组成的一个国际联合实验小组1999年6月19日在岐阜县神冈町首次观测到了从筑波市发射出来的中微子在地壳中穿越250公里的情形，从而进一步验证了基本粒子中微子存在质量的论点。
在19日下午，他们观测到了位于筑波市高能研究所的加速器向神冈矿山地下1000米深处的东大观测装置“超级神冈核子衰变实验中心”发射的1个中微子。他们同时测量到了该中微子是以接近光速在地壳中穿行的，当它通过观测装置中的纯水时，发出了微弱的光。这种光是用光电子倍增管观测到的，而且这个中微子的性质和发射时没有发生改变。
宇宙到底是在膨胀还是在收缩的问题一直为人们所关心。可以说，这次成功进行的中微子发射实验，是揭示宇宙的形成、宇宙未来的状态以至前途等这些根本性问题的一次研究。研究人员在1998年曾在“超级神冈核子衰变实验中心”观测到了自然界的中微子，并根据观测结果提交了“中微子存在质量”的报告。
本次发射实验的目的就是要精确地确认中微子到底有没有质量。
这次发射实验使用的是加速器制造的中微子，由于它与宇宙射线撞击地球大气产生的自然界中的中微子相比“家庭出身”更加清楚，因此十分适于详细研究。
宇宙是在大约150亿年前的“大爆炸”中诞生的，人们曾认为它诞生后一直在膨胀，但现在又认为它正趋于收缩。在这里，关键的就是中微子。
通过了解中微子到底有多大质量，就可以知道宇宙到底是在膨胀还是在收缩，这是影响宇宙的大问题。同时，现代基本粒子理论界的主流是以基本粒子无质量为前提的，因此这次实验对基本粒子物理学也产生了很大影响。
31.美丽的奇异吸引子
奇异吸引子又称混沌吸引子，可以视为混沌的一种几何图示。洛仑兹吸引子是最早发现的奇异吸引子，我们已经领略了这对美丽的“蝴蝶翅膀”所具有的许多独特性质，现在我们关心的是它作为奇异吸引子的奇异之处。
首先，与平凡吸引子一样，奇异吸引子具有吸引性，不论系统的运动从哪里出发，不论系统的初始状态如何，其运动轨迹最终将落在奇异吸引子上，不会超出奇异吸引子勾勒出的边界。因而呈现一种确定性、一种整体稳定性，它保证了洛仑兹吸引子展现出“蝴蝶翅膀”的轮廓。
其次，一切到达奇异吸引子范围内的运动都是初值敏感和相互排斥的，即对转迹初始位置的细小变化极为敏感，初始状态极接近的两条轨迹将按指数律迅速远离。表现出高度的随机性和局部不稳定性，它描画出洛仑兹吸引子“蝴蝶翅膀”中那些永不相交、永不重复的高深莫测的圈和螺线。
因此，奇异吸引子反映了系统运动状态确定性和随机性的对立统一，反映了系统运动整体趋势的稳定性与局部状态的不稳定性的对立统一。它在特定的确定性中包容着无限的随机性，又在整体稳定的前提下允许局部存在高度的不稳定。
所以，奇异吸引子有着奇异的特性：用它所描述的系统行为不可预测，即只能判断运动的大致趋势，却无法预测运动的具体细节。
为了体现这种特性，奇异吸引子呈现出一种非周期性、非对称性的秩序，具有独特的几何结构：它是一条存在于有限空间中的既不自我重复也不自交的无限长的线。这一结构既能保证吸引子只占据有限的空间，勾勒出有界的轮廓；又能使吸引子上任意两条相邻的轨道是指数型发散的，描绘出无穷无尽的细致结构。
32.似乎无穷尽的物质微观结构
粒子物理学的发展，使科学家们认识到除了光子和w+、w-、zo中间玻色子以外，还可以按照是否参与强相互作用将实验上已经发现的粒子分为轻子和强子两大类。对强子的性质进行研究，发现它们形成一个一个族，看来强子也不是什么基本粒子，强子是有着内部结构的粒子。
物理学实验用电子轰击强子，发现强子内部还有更小的、点状的粒子，科学家们称这种点状的粒子为夸克。这就证明了原子核里的质子和中子并不是最基本的粒子，它们是由更微小的粒子“夸克”组成的。
现在发现，夸克粒子有六类，每类三种，共十八种。到1997年止，科学家已发现了上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克和底夸克。有了这五类，就必然有第六类，因为夸克是对称的。经过17年的奋斗，科学家们又证实了“顶夸克”的存在，测出顶夸克的质量大约为1.74×1011 ev／c2（ev代表电子伏特，c为光速），与理论值仅差1.4×1010 ev／c2。夸克之间的作用力，是由于带有色荷的夸克相互交换带有色荷的胶子而产生的，必须作无穷大的功，才能把强子里的夸克或反夸克分开，这使得夸克不能以自由的状态存在。
如今，夸克粒子（层子）和轻子的种类也已经相当多，它们是不是就是最基本的粒子呢？现在有些迹象表明，层子和轻子也可能具有内部结构。
人们深入到微观世界，已经发现的物质结构层次是：宏观物体-分子-原子原子核-强子-光子、中间玻色子、轻子、层子……光子、中间玻色子、轻子、层子等以下的一个层次是什么？这是当前科学研究的前沿，是现代物理学研究的课题。
33.堪称奇迹的量子理论
20世纪另外一个可以与相对论相提并论的物理学奇迹，是量子论的创立并发展到量子力学大厦的建立。
量子论的创立，是从研究“黑体辐射”开始的。19世纪末，探索“绝对黑体”在一定温度下发射的光和热所具有的成色的规律性，是当时科学研究的尖端，也是当时物理学发展中的一个艰巨课题。
所谓“绝对黑体”，是物理学家理想化的概念，指的是能够完全彻底地吸收一切射来的光和热，而没有任何反射的物体。把铁加热，它在吸收热能的过程中，所发出的光开始呈暗红色，然后由红变黄再向蓝白色过渡，发出耀眼的光芒，这就叫“黑体辐射”。
经典物理学理论认为，热的辐射和吸收，就像管子里流出来的一股水，是一个完全连续的过程，光和辐射热是一种电磁波。连续性原理是经典物理学的一个基本原理，是经典物理学的一块基石。可是，19世纪中后期，物理学家根据这一原理导出的两个公式，却发生了惊人的不一致。英国物理学家瑞利等人推出的瑞利一金斯公式，在长波部分与实验结果相符，在短波部分却与实验结果背道而驰。当辐射波长趋于零时，实验表明，物体所发射的辐射能量也趋于零，可瑞利一金斯公式的理论数值却趋于无穷大。这就是说，瑞利一金斯公式在短波方面与实验结果明显不符。由于问题发生在紫光以外的短波区域，所以这一区域理论与实验的矛盾，被科学家称为“紫外灾难”。
此外，德国物理学家维恩根据连续性原理推出的维恩公式，情况却正好相反，它的计算结果，在短波方面与实验结果相符，在长波区域却与实验结果不符。由于问题发生在长波部分的红外区域，所以这种情况又被称为“红外灾难”。
不管是瑞利一金斯公式还是维恩公式，都是根据经典物理学的同一原理推导出来的，本是同根生，结果却迥异。这一情况，使物理学家大惑不解，不知所措。他们把“紫外灾难”和“红外灾难”，看作物理学晴朗天空出现的一朵小小的乌云。
