CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN
SỐ LEPTON VÀ SỐ BARYON
Nhiều định luật bảo toàn là hệ quả của những sự kiện thực nghiệm tạm thời chưa được giải thích từ ''những nguyên lý đầu tiên” của một lý thuyết nào đó. Thuộc về các định luật mang tính hiện tượng luận như thế có định luật bảo toàn số lepton và định luật bảo toàn số baryon.
Như đã chỉ rõ trên hình vẽ, ở đó có vẽ thang các spin (xem phần “Bản chất của vật chất. Thế kỷ hai mươi”), có ba thế hệ các lepton: thế hệ electron, thế hệ muon và thế hệ tau. Sự gom góp dần dần các dữ liệu thực nghiệm về các phản ứng có các lepton tham gia đã đưa các nhà bác học đến kết luận là, mỗi loại lepton có một đặc trưng nào đó làm phân biệt nó với các loại khác. Điều đó biểu hiện rõ nét nhất ở sự vắng mặt phản ứng phân rã muon thành electron e- và photon 
Hình như là phản ứng không hề bị cấm đoán: muon nặng hơn electron và là hạt không bền, điện tích của cả hai hạt giống nhau. Vậy thì vì sao muon không phân rã theo sơ đồ đã nêu? Có nghĩa là có thêm một cấm đoán mà đơn giản hơn cả nên phát biểu bằng ngôn ngữ các định luật bảo toàn.
Ta hãy gán cho các lepton thuộc mỗi thế hệ giá trị số (tích) lepton của mình: 
Ở tất cả các hạt còn lại ta cho tích lepton bằng không. Các phản lepton, theo định nghĩa, có tích lepton là -1. Bây giờ ta phát biểu định luật bảo toàn số lepton: trong mọi phản ứng giữa các hạt tổng đại số các số lepton của mỗi thế hệ trước và sau phản ứng phải bằng nhau. Các phản ứng được định luật này cho phép đều quan sát được trên thực nghiệm còn các phản ứng bị cấm thì không quan sát thấy.
Tương tự, người ta đã nêu ra khái niệm số baryon B. Tất cả các baryon (proton, notron và v,v…) được gán cho giá trị B =1, còn các lepton và meson được gán cho B = 0. Trên cơ sở các sự kiên thực nghiệm, người ta đã phát biểu định luật bảo toàn số baryon: trong bất kỳ phản ứng nào, tổng đại số các số baryon ở đầu và cuối phản ứng phải giống nhau.
Với định luật bảo toàn số balyon, lý thuyết quark đã trở nên ăn khớp. Theo định nghĩa các baryon được cấu tạo từ ba quark, các phản ứng baryon thì từ ba phản quark, các meson từ một quark và một phản quark. Và để cho các số baryon của các baryon và meson vẫn thỏa mãn định luật bảo toàn như trước, các quark phải được gán số baryon Bq = 1/3, còn phản quark phải gán 
Các phản ứng được định luật bảo toàn số lepton cho phép:
Các phản ứng bị định luật bảo toán số lepton cấm:
Định luật bảo toàn số baryon đã được tiên đề hóa vào năm 1938 bởi nhà vật lý Thụy Sĩ Ernst Stukkellberg.
Các phản ứng được định luật bảo toàn số baryon cho phép:
sinh ra phản proton
Phản ứng trao đổi điện tích
Phân rã 
của nơtron
Các định luật bị định luật bảo toàn số baryon cấm
Phân rã proton
Cho tới nay, chưa ghi nhận được một sự vi phạm nào đối với các định luật bảo toàn số lepton và số baryon. Tuy nhiên, các mô hình lý thuyết tiên đoán sự phân rã của proton, một phản ứng tạm thời bị cấm bởi định luật bảo toàn số baryon, đã được xây dựng gần hai mươi năm nay. Thế mà sự tồn tại một quá trình như thế là cần thiết để giải thích sự bất đối xứng baryon của Vũ trụ (số lượng vật chất lớn hơn hẳn số lượng phản vật chất). Nhưng phân rã của proton vẫn chưa được phát hiện.
CHÚNG TA CÓ BẮT GẶP ĐƯỢC PHÂN RÃ PROTON?
Thời gian sống của proton được lý thuyết tiên đoán là cực kỳ lớn, phải trên 1032 năm. Để hiểu rõ con số này lớn như thế nào, ta phải nhớ lại tuổi của Vũ trụ - nó ''mới chỉ'' là quãng 1010 năm! Làm sao có thể hy vọng ghi được hiện tượng phân rã này?
May là tính chất xác suất quá bé của quá trình này có thể giúp ta, bởi lẽ là xung quanh ta có rất nhiều proton. Nếu như ta chỉ có một proton, thì xác suất phân rã của nó là 10-32 trong một năm, tức là thực tế bằng không. Nhưng trong số 1032 proton thì phải có cho dù một proton bị phân rã trong thời gian một năm. Chiến lược tìm kiếm nằm ở chỗ đó. Phải lấy một bình lớn, đổ nước vào đó và đặt quanh nó các dụng cụ ghi đo: Chúng có thể ghi được, chẳng hạn positron trong phân rã của proton:
Người quan sát chỉ còn phải chờ cái thời điểm đó.
Tuy nhiên, còn cần có lớp bảo vệ mạnh tránh các hạt “lạ” của bức xạ vũ trụ, chúng có thể rơi vào các dụng cụ đo, ''giả mạo'' các sản phẩm phân rã của proton trên mặt đất. Bởi vậy, các phòng thí nghiệm nhằm tìm kiếm phân rã của proton được đặt sâu dưới mặt đất hoặc được bao bọc bởi núi đá: trong các hầm mỏ khai thác vàng của Nam Phi và Mỹ, trong đường hầm trong lòng dãy núi Alpes trên biên giới giữa Italia là Pháp, ở hẻm vực Baksan thuộc Capcadơ, ở một trong các hầm mỏ của Nhật Bản.
Thiết bị đồ sộ nhất được xây dựng ở Nhật Bản (đêteđơ ''Superkamiokande''). Nó là một khối hình trụ cao 41m và đường kính 39m chứa đầy nước, khối lượng của nó là 50 ngàn tấn. Bắt đầu từ năm 1996 người ta đã tiến hành thí nghiêm ghi dấu vết của các sản phẩm phân rã của proton: Nếu trong thời gian 10 năm không phát hiện được một phân rã nào, điều đó sẽ có nghĩa là proton trung bình sống trên 1034 năm.
