CÁC TƯƠNG TÁC CƠ BẢN
Tương tác mạnh liên kết các quark thành các hađron, và ''các lực hạt nhân'' còn lại sẽ giữ các notron và proton trong các hạt nhân nguyên tử. Các hađron tương tác mạnh được chia ra thành các baryon có spin bán nguyên, cấu thành từ ba quark (B ~ qqq) và các mêzôn có spin nguyên, được tạo thành từ quark và phản quark (M ~ q
). Tương tác điện từ gây ra tất cả các quá trình có photon tham gia (bức xạ hay hấp thụ ánh sáng bởi các nguyên tử) và các tính chất của vật chất (cho đến tính đàn hồi và lực ma sát). Tương tác yếu, xuất hiện trong các quá trình có sự tham gia của nơtrinô và trong các phân rã chậm của các hađron (ví dụ, trong phân rã 
của nơtron). Như vậy, các tương tác yếu bảo đảm năng lượng cho các quá trình nhiệt hạch trong các ngôi sao. Tương tác hấp dẫn vốn có trong tất cả các hạt không loại trừ hạt nào (ngay cả ở những hạt có khối lượng bằng không) và trong các trường, nói riêng là trường điện từ (vì các trường là vật chất và có năng lượng). Lý thuyết tương đối rộng chứng minh rằng: nguồn hấp dẫn có thể là bất kỳ dạng năng lượng nào chứ không chỉ là khối lượng.
Theo các quan niệm hiện đại, tương tác giữa các vật được thực hiện thông qua trường bao quanh các vật này. Bản thân trường trong thuyết lượng tử được hiểu như một tập hợp các lượng tử của nó. Nói riêng, photon là lượng tử của trường điện từ. Sơ đồ của tất cả các tương tác đều giống nhau. Mỗi loại tương tác có vật mang (hay những vật mang) của mình và đưa đến việc các hạt tự phát xạ hay hấp thụ các lượng từ trường tương ứng. Bán kính tương tác được xác định bởi khối lượng vật mang tương tác: khối lượng càng lớn, bán kính càng bé!
Trong điện động lực học lượng tử, tương tác của các hạt tích điện là do trao đổi các photon không khối lượng gây ra - các vật mang (vật truyền) tương tác điện từ tầm xa. Trong lý thuyết quark, thay cho các photon là các gluon, trao đổi các gluon làm cho các quark hút lẫn nhau. Trong các tương tác điện yếu các bozon trung gian
và Z0 được trao đổi.
Để so sánh cường độ các loại tương tác khác nhau, với mỗi loại, người ta đưa vào một hằng số tương tác không thứ nguyên được biểu thị qua các hằng số vũ trụ theo các số liệu thực nghiệm. Chẳng hạn đối với tương tác điện từ, đó là hằng số cấu tạo tinh tế đã được A. Sommerfeld đưa vào từ năm 1919:
Các hằng số không thứ nguyên của tương tác mạnh và tương tác yếu ở các năng lượng đạt được hiện nay có các giá trị lần lượt là 
và 
Hằng số không thứ nguyên tương tự của tương tác hấp dẫn 
nhỏ hơn hằng số tương tác yếu tới 33 bậc(!). Khi phân tích tương tác của các hạt trong các điều kiện trên Trái Đất, các lực hấp dẫn không được chú ý tới, còn trong vật lý thiên văn và vũ trụ học, chúng lại đóng vai trò áp đảo.
Sự tồn tại của các tương tác mạnh trở nên rõ ràng sau khi khám phá ra hạt nhân nguyên tử và xác nhận được rằng nó cấu tạo từ các proton và notron. Hóa ra là chẳng dễ dàng gì phá vỡ được hạt nhân thành các hợp phần: các proton và notron trong hạt nhân được duy trì bằng các lực nào đó mạnh hơn rất nhiều các lực đẩy điện từ giữa các proton. Đồng thời, các lực hạt nhân có bán kính tác dụng rất bé - cỡ kích thước hạt nhân 
).
Nhà vật lý Nhật Hideki Yukawa (1907 - 1981) đã đưa ra lý thuyết lượng tử đầu tiên về các lực hạt nhân. Ông xuất phát từ các ý tưởng đã biết thời bấy giờ là tất cả các lực cơ bản trong tự nhiên đều do sự trao đổi các hạt nào đó - các vật truyền tương tác mà có. Yukawa đánh giá được khối lượng của các hạt chịu trách nhiệm cho các tương tác hạt nhân bằng cách dùng các số liệu thực nghiệm về các kích thước hạt nhân. Quả thật, nếu kích thước hạt nhân bằng R, thì do đó khoảng cách giữa các nucleon trong hạt nhân cũng có như thế. Lực tác dụng giữa một cặp nucleon bất kỳ xuất hiện vì chúng liên tục phát xạ và hấp thụ các hạt mang tương tác. Vì hạt mang tương tác nằm trong miền có kích thước có khoảng cách giữa các nucleon, nên xung lượng của hạt như thế phải là 
. Hãy cho p = mc, khi đó 
. Thay các giá trị số, ta có được giá trị năng lượng nghỉ của vật mang tương tác mc2~ 200MeV. Các hạt này đã được gọi là các pion (p - meson).
Trong một thời gian dài, thí dụ duy nhất được biết đến về tương tác yếu vẫn chỉ là phân rã của các notron hay của các hạt nhân. Từ năm 1934, nhà vật lý người Italia Enrico Fermi (1901 - 1954) đã xây dựng lý thuyết phân rã , ở đó ông đã đưa vào hằng số có thứ nguyên của tương tác yếu - hằng số Fermi GF. Hằng số không thứ nguyên tương ứng, 
ở các năng lượng thấp nhỏ hơn hằng số cấu trúc tinh tế 
nhiều, do vậy mà tương tác này đã được gọi là tương tác yếu. Các nghiên cứu cơ bản về tương tác yếu được bắt đầu vào những năm 50 - 60 và đã đưa đến những khám phá to lớn. Chúng triệt để đến mức các nhà vật lý chẳng những đã tử bỏ những quan niệm quen thuộc mà còn chuyển sang một ngôn ngữ mới hoàn toàn - ngôn ngữ của những đối xứng động lực học.
NGƯỜI TA “NHÌN THẤY” TƯƠNG TÁC CỦA CÁC HẠT CƠ BẢN NHƯ THẾ NÀO
Ngạn ngữ có câu ''trăm nghe không bằng một thấy''. Đương nhiên, thấy sẽ tốt hơn: trên 90% lượng thông tin được nhận thức con người có được nhờ thị giác. Phương tiện duy nhất trong thế giới vi mô cho ta một sự tương tự nào đó với việc trông thấy và có tính trực quan là các giản đồ Feynman.
Nhà vật lý Mỹ Richard Feynman năm 1949 đã nghĩ ra và bắt đầu áp dụng các giản đồ để miêu tả trên hình vẽ các quá trình của điện động lực học lượng tử. Về sau, nhờ các giản đồ tương tự, các quá trình trong tương giác mạnh và tương tác yếu cũng được phản ánh bằng sơ đồ.
Giá trị của các giản đồ Feynman không chỉ ở chỗ, chúng cho ta một cách biểu diễn định tính về một quá trình tương tác cụ thể của các hạt. Mỗi giản đồ đó còn là một sơ đồ tiện lợi cho các tính toán, nghĩa là tiện lợi cho việc đánh giá định lượng các đặc trưng của quá trình được xem xét. Không phải vô cớ mà người ta nói về các giản đồ Feynman như về một ''phương pháp biểu diễn bằng sơ đồ lời giải của các phương trình của lý thuyết trường lượng tử”. Giản đồ của một tương tác thực bao gồm từ một bộ không nhiều các giản đồ đơn giản nhất giống như trong trò chơi ''LEGO'' các cấu trúc phức tạp được cấu tạo từ các khối cơ bản.
Mỗi giản đồ ứng với một biểu thức toán học - là biên độ của quá trình. Bình phương môđul của biên độ này, theo các quy tắc của cơ học lượng tử, tỷ lệ với xác suất quan sát được quá trình.
Sự kiện tương tác nhau của các hạt được vẽ trên giản đồ bằng một đỉnh cơ bản - điểm gặp của các mũi tên tượng trưng cho các hạt tham gia vào hành động tương tác này. Ví dụ, trong các tương tác điện từ, người ta chấp nhận vẽ photon bằng các mũi tên hình sóng lượn, còn các electron bằng các mũi tên liền nét. Bên cạnh mũi tên thường còn ghi một ký tự để chỉ hạt, các đỉnh được đánh dấu bằng các chữ số. Số đỉnh trên giản đồ xác định bậc của giản đồ.
Ở đỉnh, định luật bảo toàn năng - xung lượng được thỏa mãn. Tại đây “có chứa” hằng số tương tác - điện tích electron hay (quy ra các đơn vị không có thứ nguyên) hằng số cấu trúc tinh tế lũy thừa 1/2. Điều đó có nghĩa là khi viết biên độ của quá trình được vẽ bằng một giản đồ nào đó, mỗi đỉnh như thế sẽ cho phần đóng góp vào biên độ tỷ lệ với a1/2.
Các giản đồ chỉ khác nhau ở việc hoán vị các đường biểu diễn các electron cuối. Theo quan điểm của cơ học lượng tử ta không thể phân biệt được quá trình a với quá trình b. Điều đó liên quan tới một tính chất cơ bản là tính đồng nhất (tính không phân biệt được) của các hạt: không thể treo vào các electron những thẻ bài có số hiệu để phân biệt electron này với electron kia.
Giản đồ bên phải khác giản đồ bên trái ở việc hoán vị các đường biểu diễn photon đầu và photon cuối.
Ở đỉnh, nơi có sinh cặp, định luật bảo toàn năng - xung lượng được thỏa mãn khi chú ý tới dấu ghi có xung lượng 4 chiều của phản hạt là dấu âm: k- p+ = p-, do đó k = p- + p+, nó ứng với hiện tượng sinh cặp bằng một photon ảo. Tất cả các xung lượng của các đường trong được xác định đơn trị bởi các xung lượng ngoài của các hạt ở đầu và cuối quá trình:
RICHARD FEYNMAN
Ngay từ khi còn sống, Richard Phillips Feynman (1918 - 1988) đã trở thành huyền thoại: ông đã đưa ra nhiều ý tưởng và lý thuyết vừa bất thường vừa bổ ích đến thế những ý tưởng và lý thuyết đã làm phong phú thêm vật lý hiện đại. Nơi mà những người khác thích “vây hãm” bài toán một cách có kế hoạch, thích những phép tính lâu dài trong khuôn khổ các quan niệm và cách tiếp cận truyền thống, thì Feynman lại hành động theo tinh thần ''bão táp và xung kích'' bằng một trực giác lạ thường, đoán biết được lời giải đúng và chỉ sau đó mới lập luận cho lời giải ấy.
Khả năng kỳ lạ tìm ra chìa khóa cho bài toán phức tạp, cho phép tránh được những khó khăn khó tránh khỏi ở cách tiếp cận khác, đã xuất hiện ở Feynman từ những năm ngồi ghế trường phổ thông, khi ông dễ dàng ''gỡ nút'' được những vấn đề nan giải hóc búa nhất. Chẳng bao lâu sau vinh dự đầu tiên đã đến: ông trở thành đội trưởng đội thi đại số học của trường. Nhờ người thầy Abram Baser tại trường phổ thông mà Feynman có được hiểu biết về nguyên lý tác dụng tối thiểu, và ông còn mang nặng ''tình quyến luyến'' với người thầy này trong nhiều năm làm việc sau này.
Những năm nặng nề của thời kỳ Đại suy thoái (1929 - 1930), gia đình Feynman không bị những rủi ro và các chấn động lớn, tuy thu nhập vẫn rất khiêm tốn. Cha của nhà vật lý tương lai, Melville Arthur Feynman, phụ trách phòng tiêu thụ sản phẩm nhà máy may. Mẹ ông, nhũ danh là Lucile Phillips, trông nom con cái (Richard có một em gái) và làm nội trợ. Những năm học phổ thông, Richard nhận hiệu chỉnh và sửa chữa các máy thu thanh.
Năm 1935, Feynman vào học tại Viện công nghệ Massachusetts. Chính ở đây, chàng trai Feynman đã say mê vật lý. Năm 1939, tốt nghiệp học viện, ông tiếp tục theo khoa học nghiên cứu sinh trường Đại học Princeton với thầy John Wheeler. Công việc làm luận án tiến sĩ diễn biến có kết quả, nhưng Feynman đã không kịp hoàn thành nó: nước Mỹ bước vào Chiến tranh thế giới thứ II. Feynman được tuyển dụng tham gia dự án Manhattan (chế tạo bom nguyên tử). Tranh thủ thời gian một cách hết sức tài tình, ông đã hoàn thành và bảo vệ luận án tiến sĩ (năm 1942) và vào đầu năm 1943, ông chuyển đến Los Alamos. Tại đây, trong khung cảnh bí mật tuyệt đối, người ta tiến hành các công trình về chế tạo vũ khí hạt nhân. Người đứng đầu ban lý thuyết là Hans Bethe đã chú ý tới người cộng tác tài năng này, và chẳng bao lâu sau, Feynman đã trở thành người lãnh đạo trẻ nhất của nhóm.
Sau khi chiến tranh kết thúc, vào năm 1946, Feynman giữ chức giáo sư vật lý lý thuyết Trường đại học Cornell, còn từ năm 1950, và đến tận cuối đời, là giáo sư Viện công nghệ California (Caltech). Tại Cornell, độc lập với Julian Schwinger và Sin-itiro Tomonaga, ông đã nêu ra phương án điện động lực học lượng tử của mình, nhờ đó, cả ba người được giải Nobel (năm 1965). Cách tư duy có hình ảnh và vốn không thích các tính toán cổ hủ đã đưa ông đến việc sáng tạo ra các giản đồ Feynman, cho phép mô tả tương tác của các hạt cơ bản mà không cần tới các tính toán cồng kềnh và vất vả mà chỉ cần vẽ (theo các quy tắc nhất định) các ''bức tranh''. Phương pháp tích phân theo quỹ đạo được Feynman đưa ra trong cơ học lượng tử cũng có ý nghĩa ''giản đồ'' hầu như rõ ràng. Theo phương pháp này, việc chuyển dời hạt từ điểm đầu tới điểm cuối có thể diễn ra theo rất nhiều quỹ đạo, mà mỗi một quỹ đạo trong chúng phải được lấy với một ''trọng số'' (xác suất) tương ứng. Độc lập với Lars Onsager, Feynman đã nêu ra lý thuyết các xoáy lượng tử, hay các roton lượng tử (hơi giống với các vòng khói) trong chất heli siêu chảy; đưa ra mô hình parton - các hợp phần của roton và nơtron; một trong những nguyên lý đầu tiên để áp dụng các phương pháp của lý thuyết trường lượng tử cho hấp dẫn.
Richard Feynman đã sử dụng một cách xuất sắc phương pháp phỏng đoán kết quả đúng. Phương pháp này không ai dạy được, nhưng bằng các khả năng nhất định mà ông có được. Trong giới các nhà vật lý thường cho rằng khi gặp phải bài toán không có cách gì giải được thì cần phải hoặc học thêm toán, hoặc ''hỏi Feynman'' cách giải nó. Nhiều người theo học Feynman. Cuốn sách “Các bài giảng Feynman về vật lý” của ông đã vượt ra khỏi các giảng đường Caltech và đã trở thành tài sản của hàng triệu người. Không phải chỉ có một thế hệ các nhà vật lý hiểu được khoa học hiện đại qua các sách chuyên khảo của Feynman “Điện động lực học lượng tử”, ''Lý thuyết các quá trình cơ bản'', ''Cơ học thống kê'', ''Cơ học lượng tử và các tích phân theo quỹ đạo''. Feynman cũng thường xuyên tự học. Chẳng hạn, có lần ông - một người được giải thưởng Nobel - không cho là tầm thường, đã nghe một loạt bài giảng của một sinh viên của mình về các dạng vi phân ngoài, khi ông nhận ra rằng anh ta còn nắm vững công cụ này sớm hơn cả mình.
Rất nhiều người biết tới các bài giảng của Richard Feynman qua đài BBC có tiêu đề ''Đặc tính của các định luật vật lý, sau đó được in thành sách, cũng như các sách phổ biến khoa học “Ông đùa đấy à, ông Feynman”, “Việc can hệ gì đến bạn khi người khác nghĩ tới bạn?” và “Sáu màn hoạt cảnh”.
Đối với Feynman, vật lý không phải là một công việc nặng nhọc, mà là một sân chơi đầy hấp dẫn, nơi ông nhiệt thành dâng hiến như trẻ thơ. Những ham mê khác của Feynman (đánh trống ''bong'', hội họa, học tiếng Nhật v.v...) đã làm cuộc sống của ông thêm đa dạng, nhưng nghiên cứu vật lý vẫn là công việc chính. Còn gì có thể hứng thú hơn việc tìm hiểu xem thế giới được cấu tạo như thế nào?!
