1932年美國物理學家安德森（CarlDavidAnderson）在宇宙線實驗中觀察到高能光子穿過重原子核附近時，可以轉化為一個電子和一個質量與電子相同但帶有的是單位正電荷的粒子，從而發現了正電子，狄拉克對正電子的這個預言得到了實驗的證實。正電子的發現表明對於電子來說，正負電荷還是具有對稱性的。狄拉克的空穴理論給出了反粒子的概念，正電子是電子的反粒子。
反粒子
這樣自然提出了一個新問題：究竟反粒子的存在是電子所特有的性質，還是所有的粒子都具有的普遍的性質。如果所有的粒子都有相應的反粒子，首先檢驗的是應該存在質子的反粒子、中子的反粒子。這個問題在24年之後從實驗上解決了，1956年美國物理學家張伯倫（OwenCham-berlain）等在加速器的實驗中，發現了反質子，即質量和質子相同，自旋量子數也是1/2，帶一個單位負電荷的粒子。接著又發現了反中子。後來發現，各種粒子都有相應的反粒子存在，這個規律是普遍的。有些粒子的反粒子就是它自己，這種粒子稱為純中性粒子。光子就是一種純中性粒子，光子的反粒子就是光子自己。在粒子物理學中，已不再采用狄拉克的空穴理論來認識正反粒子之間的關係，而是從正反粒子完全對稱的場論觀點來認識。
一切粒子都有與之相應的反粒子，這個普遍結論被幾十年的粒子物理的發展不斷印證。“反粒子”已成為粒子物理學中一個重要的基本概念，並且其本身的含義也在不斷地發展和充實。
中子
1932年查德威克在實驗中發現中子，中子不帶電，質量比質子略重，是電子的1838.67倍，自旋量子數是1/2，中子和原子核之間在近距離有很強的相互作用，中子是基本粒子家族的新成員。
中子有一個性質和質子及電子都不同，自由質子和自由電子都是穩定粒子，但自由中子卻不是穩定的粒子。當自由中子產生後，平均經過887秒就要衰變掉，中子消失了，產生一個質子和一個電子，再加一個當時還沒有被觀察到和被發現的中性粒子，即反中微子。中子的這個性質就使人們懷疑中子是否是一個複合粒子，是由質子和電子再加另外的中性粒子組成，自由中子的衰變就是一個分解的過程，就像水分子分解成氫原子和氧原子一樣。這個可能性立即就被排除掉了，當時的實驗沒有觀察到質子的體積大小，如果質子有一定體積大小，它的半徑不會大於1費米，中子的半徑也是相同的數量級。如果中子中包含電子，電子的位置就被限製在中子的體積內，即在半徑小於1費米的球體積內。從不確定關係給出在中子中電子動量的不確定範圍，從而可以估計出電子具有的靜止能量加動能值至少達到49.3兆電子伏特，這是自由電子靜止能量的96.5倍。具有這麼大能量的電子不可能和質子一起被束縛在中子裏，這表明中子不可能由質子和電子再加其他中性粒子所組成。
中子是人們發現的第一個不穩定粒子，中子的衰變過程不是複合粒子的分解，而是粒子的轉化。中子衰變時，中子消失了，同時產生了一個質子和一個電子，再加一個反中微子。在這個衰變過程中，中子、質子、電子、反中微子的數目都是可變的。
粒子的轉化是粒子世界中粒子運動特有的新形式，盡管粒子世界中觀察到大量的粒子反應和衰變過程，看起來很像化學中的化合與分解，但是兩者的性質和機理是截然不同的。化學中的化合與分解是原子間的重新組合，粒子世界中的粒子反應和衰變則完全是粒子的轉化，是粒子的湮沒和產生，一般並不能歸結為粒子的重新組合。