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原子核是由什么组成的，这些东西又是怎样结合在一起的？人们发现，原子核是靠巨大的作用力结合在一起的，当这种力释放时，其放出来的能量比化学能大得多，前者与后者之比就好像原子弹爆炸与TNT炸药的爆炸相比一样。当然，这是因为原子弹爆炸时与原子核里的变化有关，而TNT的爆炸则与原子外层的电子变化有关。问题是，究竟是什么力使原子核中的质子与中子结合在一起呢？汤川秀树提出，就好像电相互作用可以与一种粒子——光子联系起来一样，中子与质子之间的作用力也有某种场，当这个场晃动时，就好像一个粒子一样。所以除去中子与质子外，在世界上应当有一些别的粒子，而汤川能从已知的核力特征推导出这些粒子的性质。比如，他预言它们应当有二三百个电子那样大的质量。你瞧！在宇宙间竟然真的发现了这样质量的粒子！但是，后来发现这并不正是预言的粒子，它被称为μ子。
然而，没有过多少时候，在1947年或1948年就发现了另一个粒子——π介子，它满足汤川的判据。这样，除去质子与中子外，为了得到核力，我们还必须加上π介子。你可能会说，“太好了！借助这个理论就可以像汤川所希望的那样建立起利用π介子的量子核动力学，然后看看它是否成立。如果成立的话，那么每件事都可得到解释了。”不幸的是，包含在这种理论中的计算是如此困难，以至于一直到今天，已将近20年了，从来还没有一个人能够从这个理论中得出什么结果来，或者能够用实验去验证一下。
所以我们被这个理论难住了，我们不知道它究竟是正确的还是错误的，但却知道它有点小小的错误，或者至少是不完全的。正当我们在理论上徘徊并且试图用这个理论计算出结果时，实验物理学家发现了一些事情。比如，他们早已发现了μ子，而我们却还不知道把它归到哪里去。而且，在宇宙线里，还发现了大量的其他“额外”粒子。今天，我们已发现了大约30种粒子。理解所有这些粒子的相互关系是非常困难的——大自然要它们来干什么？这一个粒子与另一个粒子之间的联系是什么？我们今天并没有把这些不同的粒子理解为同一件事情的不同的方面。我们有这么多相互无关的粒子这件事本身就表明，我们还没有一个能够说明这么多相互无关的信息的良好理论。由于量子电动力学的伟大成功，我们具备了一定的核物理知识，它是一种粗糙的半经验半理论的知识，假设一种质子与中子间的力的类型，然后看看会发生什么事情，但是并不确切知道力的来源。除此以外，我们很少取得进展。在化学上，人们曾搜集大量的化学元素，以后突然在元素之间显现出一种没有预期到的关系，它就体现在门捷列夫元素周期表中。比如，钠和钾的化学性质几乎是相同的，它们就在周期表的同一行里。对于新粒子而言，我们一直也在探索着这种门捷列夫式的表。有一张这样的新粒子表是由美国的盖尔曼与日本的西岛各自独立做出的。他们分类的基础是一个新的数，类似于电子的电荷，这种新的数叫做“奇异数” S ，对每个粒子都指定了这样一个数，它像电荷一样是守恒的，即在核力的反应中保持不变。
表2-2列出了所有的粒子。眼下我们对之还无法讨论得更多。但是这张表至少向你们表明我们不知道的东西有多少。每个粒子下写着它的质量，其单位是兆电子伏（MeV）。1 MeV等于1．782×10 －27 g。选取这种单位的理由是出自历史的原因，我们现在不去说它。质量大的粒子在表中放在较高的位置。可以看到，中子与质子的质量是差不多相同的，在垂直的列内放置有同样电荷的粒子，所有的中性粒子都放在同一列内，所有带正电的粒子在这一列的右边，所有带负电的粒子则在左边。
表2-2 基本粒子
表2-2中实线标出的是粒子，虚线标明的是“共振态”。表中略去了几个粒子，包括重要的零质量、零电荷的粒子，即光子与引力子，它们并不属于重子介子轻子分类图。此外，还有某些较新的共振态
也不包括在这里。介子的反粒子已列在本表内，但轻子与重子的反粒子就需要另列一张表了，它看起来正好是目前这张表对零电荷列的反演。虽然除去电子、中微子、光子、引力子和质子外，所有的粒子都是不稳定的，但是在这里只列出了共振态的衰变产物。奇异数并不适用于轻子，因为它们与核之间并没有强作用。
所有与中子、质子放在一起的粒子统称为 重子 。共存在着以下几种：Λ介子，质量为1 154 MeV。另外还有三个：Σ ＋ 介子、Σ－介子和Σ 0 介子，质量是相近的。这里还有成群或者说成 多重态 的粒子，带有差不多相同的质量，相差不到1％或2％。在多重态内的每个粒子都有同样的奇异数。第一个多重态是质子中子二重态，以后是单重态（Λ介子），再以后是Σ三重态，最后是Ξ二重态。最近，在1961年，又发现少数几个粒子，但它们都是粒子吗？它们的寿命是如此短暂，当刚形成时，几乎就立刻蜕变了，所以我们不知道它们究竟应被认为是新的粒子，还是在它们蜕变成Λ介子及π介子时后两者之间某种确定能量的“共振”作用呢？
除去重子外，其他包括在核内相互作用中的粒子称为介子。首先是π介子，有三种形态：正、负及中性，它们组成了另一多重态。我们还发现一些新的称为K介子的粒子，它们作为K
＋
及K－而出现。其次，每个粒子都有反粒子，除非一个粒子是
它自己
的反粒子。例如π－和π
＋
是一对反粒子，但是π
0
是它自己的反粒子；K－及K
＋
是反粒子对，K
0
及
也是反粒子对。附带说一下，在1961年我们又发现了一些介子或可能的介子，它们几乎即刻就蜕变了，有一个称为ω的东西带有780 MeV的质量，分解为三个π介子，有一个还不怎么确定的东西分解为两个π介子。那些被称为介子与重子的粒子与介子的反粒子放在同一张表里，但重子的反粒子必须放到另一张通过零电荷列“反射”而来的表里去。
门捷列夫周期表是很完美的，除去有一些稀土元素挂在外面。同样，这里也有一些粒子挂在表外，它们在核内的相互作用不强，跟核相互作用根本无关，跟核之间也没有强相互作用（我们所指的是那种强的核能相互作用）。它们被称为轻子，主要有如下几种：电子，其质量很小，只有0．510 MeV；然后是μ子，质量约为电子的206倍。根据所有的实验，我们今天所能说的电子与μ子之间的差别仅仅是质量不同而已，除了μ子比电子重外，两者在其他方面都完全一样。为什么一个比另一个重？μ子有什么用？我们不知道。此外，有一种轻子是中性的，叫做中微子，具有零质量，事实上，现在知道有两类中微子，一类与电子有关，另一类与μ子有关。
最后，还有两种与核内其他粒子间没有强作用的粒子：一个是光子，另一个（或许）是具有零质量的引力子——假如引力场也有类似量子力学的原理的话（引力的量子化理论还没有建立）。
什么是“零质量”？这里所标示的质量是粒子 在静止时 的质量。事实上，一个粒子具有零质量在某种程度上就意味着它不可能 静止 。光子是永远不会静止的，它一直以186 000 mi·s －1 （即300 000 km·s －1 ）的速度运动。当我们在适当的时候学习了相对论的内容后，对于质量就会理解得更多一些。
这样，我们就面对着一大群粒子，它们看来都是物质的基本组成部分。幸运的是，这些粒子彼此之间的相互作用并不全都是不同的。事实上，粒子之间的相互作用看来可以分为四类，按强度降低的顺序排列时，它们就是：核力、电相互作用、β衰变作用以及引力。光子与所有带电粒子会发生耦合，作用的强度用某个数（1／137）来度量。这种耦合的详细定律已经知道，那就是量子电动力学。引力和所有的能量发生耦合，但它的耦合是非常弱的，远远小于电的作用，这条定律也已经知道了。然后，还存在着所谓的弱衰变——β衰变，它使中子蜕变为质子、电子及中微子，其过程是比较慢的，这种作用的定律只是部分地知道。还有所谓的强相互作用——介子重子相互作用，其强度为1，它的规律完全不知道，虽然已经知道几条法则，比如重子的数目在任何反应中都不改变。
表2-3 基本相互作用
这些就是当代物理学的惊人的状况。总结一下，我可以这样说：在核外，看来一切都知道了；在核内，量子力学是正确的，还没有发现量子力学原理失效的情况。可以说：容纳我们所有知识的舞台是相对论性时空；也许引力也包括在时空之中。我们不知道，宇宙是怎样开始的，我们从来没有做过实验来精确地检查在某个微小距离下的时空观念，所以只知道在那个距离以上我们的时空观念行得通。我们还应当补充说：这个伟大的国际象棋赛的规则就是量子力学的原理，到现在为止我们可以说，这些原则应用于新的粒子时与应用于过去已发现的粒子一样成功。核力的起源将我们引向新的粒子，但是遗憾的是出现的粒子实在太多，以至于使我们感到迷惑不解。虽然我们已经知道在它们之间存在着一些非常出人意外的关系，但对它们的相互关系缺乏完整的理解。看来我们正摸索着前进，逐渐趋近于对亚原子粒子世界的理解；但是，我们实在不清楚，在这种摸索中我们还必须走多远。