Вехи истории исследования элементарных частиц. История физики элементарных частиц условно отсчитывается от открытия электрона (Дж. Томсон, 1897 г) . Затем была выяснена структура атомного ядра - открыт протон (Э. Резерфорд, 1910 г.) и нейтрон (Дж. Чадвик, 1932 г.) . Первый этап развития физики частиц условно завершился к середине 1930-х гг. К этому времени список элементарных частиц был невелик: три частицы - электрон e- , протон p и нейтрон n - входят в состав всех атомов; фотон g (квант электромагнитного поля) участвует во взаимодействии заряженных частиц и процессах излучения и поглощения света. Важнейшим теоретическим открытием стало предсказание в 1929 г. П. Дираком существования античастиц (частиц, имеющих ту же массу и спин, но противоположные значения зарядов всех типов). В 1932 г. была открыта первая античастица - позитрон е+. Наконец, изучая свойства b -распада ядер, В. Паули предсказал в 1930 г. существование еще одной частицы - нейтрино n . Аргументы Паули были настолько убедительными, что, хотя регистрация нейтрино реально оказалась возможной только в 1956 г., в существовании этой частицы никто не сомневался сразу после того, как Паули высказал свою гипотезу.

Второй этап развития физики частиц начался после Второй мировой войны с открытия в 1947 г. пи-мезона p в космических лучах. В течение примерно пятнадцати лет (до начала 1960-х гг.), благодаря прогрессу в создании ускорителей и приборов для регистрации частиц, было открыто несколько сотен новых элементарных частиц, имеющих массы в диапазоне от 140 МэВ до 2 ГэВ. Все эти частицы были нестабильными, т.е. распадались на частицы с меньшими массами, в конечном счете превращаясь в стабильные протон, электрон, фотон и нейтрино (и их античастицы). Все они казались в равной степени элементарными, так как в разных экспериментах можно было порождать любые из открытых частиц в процессе соударения других частиц. Перед физиками-теоретиками встала труднейшая задача упорядочить весь обнаруженный "зоопарк" частиц и попытаться свести число фундаментальных частиц к минимуму, доказав, что другие частицы состоят из фундаментальных частиц.

Третий этап развития физики частиц начался в 1962 г., когда М. Гелл-Манн и независимо Дж. Цвейг предложили модель строения сильновзаимодействующих частиц из фундаментальных частиц - кварков . Эта модель к настоящему времени превратилась в стройную теорию всех известных типов взаимодействий частиц. Можно считать, что третий этап завершился в 1995 г. открытием последнего из ожидавшихся, шестого кварка. В настоящее время не известно ни одного эксперимента, который бы противоречил существующей теории элементарных частиц, получившей название стандартной модели, и не находил бы количественного объяснения в рамках этой теории.

Основные характеристики элементарных частиц. Классификация всего многообразия известных элементарных частиц основана на том, что каждая частица обладает единственным, только ей присущим набором квантовых чисел, т.е. некоторых характеристик, однозначно выделяющих данную частицу среди остальных.

1.Масса m (естественно, речь идет о массе покоя). Поскольку массы элементарных частиц численно необычайно малы, если их измерять в кг, то принято переводить массу в энергию покоя с помощью соотношения Эйнштейна E ₀  = mc ² и использовать для измерения энергии электрон-вольты и производные единицы (МэВ, ГэВ и т.д.).

2. Спин J . Каждая частица обладает определенным, присущим ей собственным моментом импульса J , который называется спином (от английского глагола to spin - кружиться, вертеться). Образ частицы-волчка взят из классической физики. Действительно, если массивная частица-шарик вращается вокруг своей оси, то она обладает моментом импульса относительно этой оси. Однако классический образ частицы неприемлем, так как в микромире действуют законы квантовой механики. Поэтому не следует ассоциировать спин с вращением частицы-волчка. Это чисто квантовая характеристика элементарной частицы, не имеющая классического аналога. Спин измеряется в единицах постоянной Планка и может принимать в этих единицах только либо целые, либо полуцелые значения.

Одним из самых фундаментальных принципов, действующих в микромире, является утверждение, что в одном и том же квантовом состоянии (т.е. состоянии с полностью совпадающими квантовыми числами) может находиться сколько угодно одинаковых (тождественных) частиц с целым спином и лишь не более одной частицы с полуцелым спином. Это утверждение называется принципом Паули . Этот принцип определяет структуру электронных оболочек атомов, т.е. позволяет объяснить строение атомов. Этот же принцип играет важнейшую роль в объяснении свойств твердых тел, в понимании явления проводимости и сверхпроводимости и т.д., вплоть до понимания схемы возможной эволюции звезд.

3. Электрический заряд Q . Среди многообразия элементарных частиц встречаются положительно и отрицательно заряженные частицы, а также нейтральные частицы. Принято измерять заряд частиц в единицах абсолютной величины заряда электрона. Таким образом, электрический заряд может равняться Q = 0, ± 1, ± 2,...

Справедлив глобальный закон сохранения электрического заряда, утверждающий, что при любых взаимодействиях алгебраическая сумма электрических зарядов частиц до взаимодействия равна алгебраической сумме зарядов частиц после взаимодействия.