從1919年盧瑟福炮打核宮，時至今日，人們對原子核的研究已經曆了整整80多年。在這半個多世紀中，人們借助各種偵察手段和探測裝置，對於10-15米（10-15米又稱1飛〔母托〕米，用1fm表示）的空間內的許多奧秘有了不少的了解和認識，取得了一個又一個豐碩的成果。原子核隻是奇妙的微觀世界中比原子更深的一個層次。那麼，比原子核再小的世界又是什麼樣呢？質子、中子還能再分嗎？質子、中子、電子、π介子等是構成萬物的最小單元嗎？為了回答這些有趣的問題，需要我們到比原子核更深的層次中做一次漫遊，領略這小小天地的奧妙，這是當代探索物質微觀世界最前沿的領域。
龐大的粒子家庭
自1897年J.J.湯姆遜發現電子以來，在這1個世紀中，人們發現的各種各樣的粒子，記錄在案的總數已超過400種，形成一個龐大的粒子家族。按照粒子發現的時間先後以及性質特征，可將這幾百種粒子劃分為四代。
第一代粒子
從電子發現到1947年找到π介子，這50年間發現的粒子稱為第一代粒子。1932年以前觀測到的粒子僅有4種，它們是電子（e）、質子（p）、中子（n）和光子（r）。在自然界中各自扮演著十分重要的角色，被認為是構成萬物世界的最小單元，稱為“基本粒子”。用它們能夠圓滿地解釋五光十色的大自然，可謂天衣無縫。由質子和中子組成原子核；原子核與電子可以組成原子和分子；原子處於不同的能量狀態，當它們的狀態發生改變時，可以放出或吸收光子，光子是構成電磁場的基本單元。
然而，好景並不長，很快便被一些新奇現象打破了，迫使人們不得不重新認識這個世界。1930年，英國年僅27歲的年輕學者狄拉克，在他創建的新理論中，曾預言自然界中存在著一種帶有正電荷的電子，取名正電子。1932年，安德遜利用雲室進行宇宙射線的研究中，觀測到一種質量與電子相同，所帶電量也同電子一樣，隻是電荷性質相反，這就是正電子，從而使狄拉克的預言變成了現實（見圖6-1）。從圖中可以看出，入射粒子穿過6毫米厚的鉛板，能量減小，運動徑跡的半徑變小了。與已知電子和α粒子在磁場中運動徑跡相比較，通過計算，安德遜斷定這種粒子正是正電子。
正電子的發現，很快就引起人們極大的興趣。在以後的一些實驗中多次證明了正電子的存在。不僅在宇宙射線中存在有正電子，而且在某些具有放射性核素參與的核反應過程中，也能夠找到正電子的蹤跡。目前，在實驗中可以產生很強的正電子束。1988年，我國建成的北京正負電子對撞機，利用現代化的高科技手段能夠產生高能量、大密度的正、負電子束。通過它們的碰撞，進行粒子物理等多學科、多領域的科學研究。這是我國高科技領域繼原子彈、氫彈爆炸成功、人造衛星上天之後，在高科技領域又一重大突破性成就，是我國科學發展的偉大進步和高能物理研究的裏程碑。
正電子是電子的一種反粒子。一種粒子與它的反粒子具有相同的質量、自旋和壽命，隻是電荷與磁矩的性質剛好相反。正粒子與反粒子是相互的，正電子是電子的反粒子；那麼，電子也可以說是正電子的反粒子。每一種粒子都有它的反粒子。比如，質子具有反粒子，稱為反質子，符號用表示；中子的反粒子稱為反中子，符號為。
正電子是曆史上人類發現的第一個反粒子。安德遜也因此獲得了1936年度諾貝爾物理學獎的殊榮，當時他年僅31歲，是榮獲諾貝爾獎中最年輕的學者之一。當時，安德遜正從教於加利福尼亞理工學院。這時學院正準備給他晉升教授；而在提升之前，他便赴瑞典斯德哥爾摩領獎去了。
正電子是比較穩定的粒子。但當它與電子相遇時，奇怪的現象便發生了，正、負電子不見了，出現一道強的閃光，會有2個或3個光子產生，這就是所謂的湮沒現象，即
e++e-γ+γ
正電子發現以後不久，人們在實驗中觀察到，當能量相當高的光子（γ）穿過物質時，能夠產生一對正、負電子。表示為
2γe-+e+
這是自然界中物質相互轉化的重要體現。電子在構成物質中扮演著重要角色，這些物質人們是可以摸得著、看得見的，稱為實物物質。構成實物物質的電子、質子、中子等稱為實物粒子。光子是組成電磁場的基本單元。電磁場是“隱形”物質，人們是摸不著、看不見的，這類物質稱做場形物質。實物物質與場形物質是自然界中物質存在的兩種基本形式。上述過程，就是這兩類物質相互轉化的情況。這在人類的認識史上無疑是個巨大的飛躍。
由反粒子組成的物質稱為反物質。許多物理學家認為，宇宙間反物質是存在的。人們在實驗室條件下已經能夠製造出反物質。1965年，美國的布魯海文實驗室用能量為7吉電子伏（1吉電子伏等於10億電子伏）的質子轟擊鈹靶時，產生了世界上第一例反物質。它是由反質子和反中子組合的“反氘核”，這一成就具有劃時代的意義，它給人類指明了反物質不僅存在，而且利用人工方法可以製造出來。以後不久，又產生了“反氦”。更令人鼓舞的是，1996年人工合成的“反氫原子”獲得成功。這些給人們帶來了大量合成反物質的希望之光。為人類探索宇宙的秘密也將產生深遠的影響。