“CÁC DỮ LIỆU CĂN CƯỚC” CỦA CÁC HẠT CƠ BẢN
Các đặc trưng, như khối lượng, thời gian sống, điện tích, spin, phản ánh các tính chất vốn có của tất cả các hạt không loại trừ hạt nào. Các phẩm chất khác: số lepton và số baryon, hương vị, màu sắc, v.v... chỉ có các loại hạt nào đấy mới có, ở các hạt còn lại chúng bằng không.
“Các hạt được nhân giống như loài thỏ” Tranh của Geogrgi Gamov trích từ cuốn sách “Những cuộc phưu lưu của ngài Tompkins” của ông.
Khối lượng m. Vì khối lượng của các hạt cơ bản hết sức nhỏ (khối lượng của electron me = 9,1.10-28gam) nên người ta dùng hệ đơn vị 
ở đó, khối lượng và năng lượng có thứ nguyên giống nhau và được biểu thị theo electron-vôn(eV) và các đơn vị dẫn xuất (MeV, GeV, TeV, v.v…). Khối lượng của các hạt cơ bản nền tảng đã biết thay đổi từ không (photon) đến 176GeV (quark t); để so sánh: khối lượng electron me = 0,511 MeV, còn khối lượng photon mp = 938,2 MeV.
Spin S. Mỗi hạt có mômen xung lượng riêng S, nó được gọi là spin (từ tiếng Anh to spin = “quay”), mặc dầu không thể có một sự quay nào của các hạt trong thế giới vi mô. Spin là một đặc trưng lượng tử thuần túy của hạt cơ bản không có đại lượng tương tự trong thế giới vĩ mô. Pin được đo bằng đơn vị hằng số Planck 
và chỉ nhận các giá trị nguyên và bán nguyên. Kết luận cơ bản này được rút ra từ lý thuyết trường tượng tử tương đối tính, nó tiên đoán và được thực nghiệm xác nhận rằng S = 0; 1/2; 1; 3/2; 2; (ta bỏ qua không viết thêm hằng số Planck). Hạt có spin S, có thể nằm ở (2S + 1) trạng thái spin. Ví dụ, spin S của electron bằng 1/2, bởi vậy nó chỉ có thể ở một trong 2.(1/2) + l = 2 trạng thái spin, nghĩa là các trạng thái có spin bằng l /2 và -1/2.
Có thể hiểu được sự khác nhau giữa các fermion và boson một cách đơn giản hơn nhờ một ví dụ ngộ nghĩnh. Số người có thể cùng đứng đồng thời trong buồng điện thoại, dù cho có nhiều (kỷ lục được ghi trong Sách kỷ lục thế giới Guinness - là khoảng 40 người) nhưng không thể là vô hạn được, vì không còn chỗ để xếp thêm người. Các fermion cũng cư xử như thế. Còn nếu như con người cũng có các tính chất của các boson, thì có thể nhét vào buồn điện thoại bao nhiêu cũng được, cho dù điều đó có vẻ nghịch lý.
Điện tích Q. Trong thế giới vi mô, định luật bảo toàn điện tích, khẳng định rằng tổng điện tích của các hạt trước và sau tương tác bằng nhau, vẫn đúng. Điện tích của các hạt được chấp nhận đo theo đơn vị giá trị tuyệt đối của điện tích electron. Như vậy, điện tích 
Tuy nhiên các hạt quark, thành phần cấu tạo nên các harđon lại có giá trị điện tích phân số, bằng 2/3 hay 1/3 điện tích của electron.
Thời gian sống 
. Chỉ có electron, nơtrinô, photon là bền. Các hạt khác có khả năng phân rã tự phát. Thời gian sống của các hạt từ 10-23giây (đối với một số cộng hưởng) đến 900 giây (đối với nơtron).
Các số lượng tử khác. Để kể đến một loạt tính chất của các hạt, người ta dùng các số lượng tử tương ứng, đôi khi được gọi là các tích. Ví dụ, các hạt quark được đặc trưng bằng tích màu (hay đơn giản, màu) nhận một trong ba giá trị: vàng, xanh (lam), đỏ. Các hađron, được cấu thành từ các quark, có spin đồng vị l3, nhận các giá trị nguyên và bán nguyên. Nói riêng, giá trị l3 đối với nơtron bằng - 1/2, còn đối với proton bằng + 1/2. Các hađron cũng được đặc trưng bằng số lạ. Số lạ của 
hyperon bằng -1, của các nucleon (pronton và notron) bằng 0, của K meson là 1. Còn có các số lượng tử khác: số baryon, số lepton v.v...
Các phản hạt. Đối với mỗi hạt đều tồn tại một phản hạt có cùng khối lượng, spin, thời gian sống, nhưng với các giá trị trái dấu của điện tích và tất cả các tích khác mà nó có. Đôi khi hạt và phản hạt có thể trùng nhau (ví như, phản photon đồng nhất với photon). Sự tồn tại của phản hạt là hệ quả của các phương trình cơ bản của lý thuyết trường lượng tử tương đối tính và được xác nhận hoàn toàn bằng thực nghiệm.
NIÊN BIỂU NGHIÊN CỨU CÁC HẠT CƠ BẢN TRÊN THẾ GIỚI
Năm 1897 J. J. Thom son khám phá ra hạt cơ bản đầu tiên: electron (điện tử) e-.
Năm 1905 A. Einstein đưa ra giả thuyết về các lượng tử ánh sáng: các photon 
Năm 1913 E. Rutherford tiên đoán sự tồn tại của proton p
Năm 1919 E. Rutherford khám phá ra proton.
Năm 1928 P. Dirac đưa ra giả thiết về sự tồn tại của các phản hạt, ví dụ positron e+ (phản hạt của electron).
Năm 1930 W. Pauli đưa ra giả thuyết về sự tồn tại của nơtrinô v.
Năm 1932 J. Chadwick khám phá ra nơtron n.
Năm 1932 C. Anderson khám phá ra positron.
Năm 1935 H. Yukawa (Nhật) tiên đoán sự tồn tại của các pion (các 
meson).
Năm 1938 C. Anderson và S. Neddermeyer (Mỹ) khám phá ra hạt muon 
.
Năm 1947 C. Powell, G. Occhialini, C. Lattes và H. Muirhead khám phá ra các pion mang điện 
Năm 1949 C. Powell và những người khác khám phá ra các kaon 
.
Năm 1951 Khám phá ra Λ0 hyperon đầu tiên.
Năm 1955 O.Chamberlain, E. Segrè và những người khác khám phá ra phản proton 
trên máy gia tốc lớn đầu tiên ở Berkeley (Mỹ).
Năm 1956 F.Reines và K. Cowan (Mỹ) ghi được các phản ứng tạo ra phản nơtrinô 
Năm 1956 Lee (Lý Chính Đạo) và Yang (Dương Chấn Ninh) tiên đoán sự không bảo toàn tính chẵn lẻ trong các tương tác yếu.
Năm 1957 Wu (Ngô Kiện Hùng, nữ người Mỹ gốc Hoa) đã chứng minh bằng thực nghiệm sự không bảo toàn tính chẵn lẻ trong tương tác yếu.
Năm 1960 Ở Viện liên hợp nghiên cứu hạt nhân Dubna'''(Liên Xô) khám phá ra các phản hyperon 
.
(Đóng góp vào thành công này có nhà vật lý Việt Nam là Nguyễn Đình Tứ đứng đầu một nhóm thuộc phòng thí nghiệm năng lượng cao LVE của viện sĩ Baldin. Năm 2000, Nguyễn Đình Tứ được truy tặng giải thưởng Hồ Chí Minh về khoa học công nghệ về các hoạt động theo hướng này).
Năm 1961 Khám phá ra các meson vectơ 
Năm 1962 L.Lederman, J.Steiberger và những người khác đã chứng minh bằng thực nghiệm sự tồn tại hai loại nơtrinoo ve và v
Năm 1964 M.Gell – Mann và J.Zweig độc lập với nhau đưa ra giả định về mô hình quark cho các hađron.
Năm 1964 Khám phá ra 
hyperon được M.Gell-Mann tiên đoán năm 1962.
Năm 1964 J. Cronin và V. Fitch phát hiện bằng thực nghiệm sự không bảo toàn tính bất biến CP trong phân rã của các kaôn trung hòa.
Năm 1973 Khám phá ra các dòng trung hòa trong buồng bọt “Gargamellal” trên máy gia tốc ở Trung tâm nghiên cứu hạt nhân Châu Âu (CERN) ở Thụy Sĩ.
Năm 1974 S. Ting (Đinh Triệu Trung) cùng nhóm đồng nghiệp và B. Richter độc lập với nhau đã phát hiện các hạt 
cấu tạo từ quark duyên và phản quark (''cuộc cách mạng tháng Mười một'').
Năm 1975 M. Perl và những người khác khám phá ra lepton nặng 
Năm 1976 M. Golhaber và những nhà nghiên cứu khác phát hiện những baryon duyên và meson đầu tiên.
Năm 1981 Khám phá các hạt chứa quark đẹp b.
Năm 1983 C. Rubbia và những ngưởi khác ở CERN khám phá ra các boson 
và Zo có các khối lượng đã được lý thuyết tiên đoán.
Năm 1995 Khám phá ra quark t thứ sáu.
CÁC HẠT ĐƯỢC KHÁM PHÁ NHƯ THẾ NÀO?
Ống catôt của Joseph Thomson (mà nhờ đó đã từng phát hiện được electron) được đặt tự do trên bàn thí nghiệm. Thế mà về sau, đến mãi những năm 40 của thế kỷ XX, các nhà nghiên cứu đơn độc hay nhóm hai ba nhà bác học mới khám phá ra các hạt cơ bản. Với thời gian, cả các thí nghiệm lẫn các thiết bị cứ phức tạp thêm lên. Số những người tham gia vào một thí nghiệm cụ thể, cũng như số các tên họ tác giả ghi trong một bài báo, cứ dần dần tăng lên: ngày càng hay thấy các bài báo ghi danh hàng trăm tên họ tác giả. Vật lý thực nghiệm các hạt cơ bản đã biến thành một nền sản xuất công nghiệp, ở đó có các chuyên gia từ các ngành nghề khác nhau cùng làm việc trong đó, số các nhà vật lý thực nghiệm chỉ chiếm phần nhỏ. Bản thân các nghiên cứu được đặt kế hoạch rất lâu trước khi chiếc máy gia tốc cần có đi vào hoạt động, bởi vì các máy gia tốc cần được thiết kế theo những nhiệm vụ cụ thể.
Không đi sâu vào các chi tiết kỹ thuật của thiết bị máy gia tốc thuộc các loại khác nhau, ta cố gắng am hiểu xem cần có các thiết bị ngày càng cồng kềnh và năng lượng của các hạt được gia tốc ngày càng cao để làm gì. Để lấy được nhân quả hạnh đào, chú khỉ sáng ý đã biết lấy hòn đá đập vỡ vỏ quả. Nhà vật lý muốn làm sáng tỏ nguyên tử, hạt nhân hay hạt cơ bản được cấu tạo từ cái gì cũng phải làm y như thế: chọn ''hòn đá'', ''đập'' nó vào đối tượng nghiên cứu và nhìn xem từ đó ta được gì. Tuy nhiên, các định luật của vật lý lượng tử, điều khiển hành vi của các vật thể vi mô buộc ta còn phải gán cho ''hòn đá'' cả vai trò của ''ngọn đèn''.
Mọi quá trình đo các đặc trưng và xác định tính chất của đối tượng vi mô đều gồm ba giai đoạn: chọn nguồn phát bức xạ, nó sẽ “chiếu sáng” đối tượng nghiên cứu; quá trình tương tác của bức xạ với đối tượng; phân tích bức xạ đã bị tán xạ lên đối tượng, điều đó cho phép dựa vào các phép đo thông số mà biện giải về những tính chất của đối tượng. Nói cách khác, để thấy được ''cái gì đó'', ít ra cũng cần chiếu sáng ''nó'', thêm vào đó ánh sáng được phản xạ lại từ nó phải lọt vào mắt người quan sát. Thật thế, ở đây có một chữ ''nhưng'': đối tượng chỉ được nhận biết nếu kích thước của nó lớn hơn bước sóng của ánh sáng được sử dụng. Vậy nên không thể nhận ra các nguyên tử chứ nói gì đến các hạt cơ bản trong bất kỳ một kính hiển vi quang học nào. Bước sóng của ánh sáng khả kiến là 10-7m, còn kích thước của nguyên tử 
nhỏ hơn mười lần: 10-8 m.
Theo cơ học lượng tử, bất kỳ một hạt cơ bản có khối lượng nào (ví dụ, electron hay proton) trong các điều kiện nhất định, biểu hiện không chỉ các tính chất hạt, mà còn cả các tính chất sóng nữa. Bước sóng của hạt liên hệ với xung lượng p của nó bằng hệ thức de Broglie 
ở đó h là hằng số Planck. Công thức này là cơ sở để tính toán các kính hiển vi điện tử và các máy gia tốc, ở đó các hạt được tăng tốc, ví dụ electron, đóng vai trò của ánh sáng. Bước sóng của electron trong chùm phải nhỏ hơn 10-8m , nghĩa là nhỏ hơn kích thước nguyên tử. Theo hệ thức de Broglie, xung lượng của electron không được nhỏ hơn h
. Xung lượng càng lớn (năng lượng của electron càng cao) thì đối tượng cần được nhận biết càng nhỏ. Vì vậy, mà phải xây dựng các máy gia tốc càng mạnh để có thể đi sâu hơn nữa vào vật chất, hiểu được cấu tạo của các hạt vốn bị coi là không thể chia tách được. Các máy gia tốc hiện đại cho phép nghiên cứu cấu trúc của vật chất và các tính chất của không gian trong kích cỡ 10-19m.
Được tăng tốc đến các năng lượng khổng lồ, các hạt ''chiếu sáng'' sẽ phá hủy bia. Khi va chạm với bia làm xuất hiện các hạt khác, được ghi đo bằng các thiết bị chuyên dụng là các đêtectơ. Và dựa theo quỹ đạo của các mảnh bay ra có thể luận giải được các tính chất của hạt làm bia.
Đêtectơ các hạt tích điện “Gargamella”. Trung tâm nghiên cứu hạt nhân Châu Âu (CERN)
Bài toán này phức tạp đến mức nào? Trong thời gian tìm kiếm quark t suốt một năm trên hai đêtectơ đã ghi được 6 ngàn tỉ va chạm của các proton “chiếu sáng” với các phản proton bia (các số liệu thu được liền được định vị bằng các máy tính siêu mạnh và được giữ trong bộ nhớ của chúng). Trong suốt mấy tháng trời, người ta tiến hành việc lựa chọn các biến cố theo những tiêu chuẩn khác nhau. Kết quả là số các biến cố ứng cử viên giảm xuống còn 40 triệu. Người ta đã phân tích chúng hết sức cẩn thận. Kết quả cuối cùng là: ở một đêtectơ phát hiện được 43 biến cố sinh quark t, còn ở đêtectơ thứ hai được 17 biến cố.
