细胞核的结构

当时人们对原子核的构成知之甚少，因为唯一已知的粒子是原子核电子和质子．人们已经确定，原子核的重量通常是质子单独重量的两倍左右。直到英国物理学家才有了一致的理论詹姆斯·查德威克发现了中子在1932年。他发现阿尔法粒子与铍原子核喷射出与质子质量几乎相同的中性粒子。几乎所有的核现象都可以用核由什么组成来理解中子和质子。令人惊讶的是，原子核中的中子和质子在很大程度上在轨道上移动，就好像它们的轨道波函数是相互独立的。每个中子或质子轨道描述为驻波有峰和节点的图案角动量量子数字。基于这些轨道的原子核理论被称为壳核模型．它在1948年被独立引进Maria Goeppert Mayer的美国而且约翰尼斯·汉斯·丹尼尔·詹森的西德，并在随后的几十年里发展成为一个全面的原子核理论。

在20世纪30年代中期，意大利出生的美国物理学家研究了中子与原子核的相互作用恩里科费米和其他人。核容易捕获中子，不像质子或粒子，不被正电荷排斥出原子核负责．当一个中子被捕获时，新的原子核有一个更高的单位相对原子质量．如果附近有同位素如果原子质量更稳定，新的原子核将具有放射性，将中子转化为质子，并形成更稳定的形式。

核裂变是德国化学家发现的奥托·哈恩而且弗里茨Strassmann在1938年由奥地利物理学家发起并解释的实验过程中丽丝Meitner．在裂变中铀原子核捕获一个中子并获得足够多的中子能源要触发固有的原子核的不稳定性，它分裂成两个大小大致相等的较轻的原子核。裂变过程释放出更多的中子，这些中子可以用来产生进一步的裂变。第一个核反应堆，这是一个设计用于进行可控裂变链式反应的装置芝加哥大学在费米的指导下，第一个自我维持连锁反应是1942年在这个反应堆里实现的。1945年，美国科学家制造了第一颗裂变炸弹，也叫原子弹原子弹该方法利用铀或人造元素中不受控制的裂变反应钚．1952年，美国科学家用裂变爆炸点燃了一座核电站融合的同位素的反应氢结合热变重氦细胞核。这是第一次热核炸弹它也被称为氢弹，这种武器可以释放比裂变弹高出数百或数千倍的能量。

量子场论标准模型

狄拉克不仅提出了电子的相对论方程，而且开创了粒子间相互作用的相对论处理方法量子场论．该理论允许粒子被创造和毁灭，只需要存在携带足够能量的适当相互作用。量子场论还规定，只有当有粒子或场量子携带力时，相互作用才能扩展到一定距离。电磁力可以在很远的距离上发挥作用，它是由光子，量子光．因为这个理论允许粒子与它们自己的场相互作用广达电脑在应用这一理论时出现了数学上的困难。

1946年和1947年，美国物理学家进行了一次测量，打破了理论僵局小威利斯·尤金·兰姆．利用微波技术二战期间，他证明了氢的光谱实际上与狄拉克的理论图像大约有千分之一的不同。后来，德裔美国物理学家Polykarp库施发现了一个相似的异常取决于电子磁矩的大小。兰姆的研究结果于1947年在美国著名的谢尔特岛会议上公布。德裔美国物理学家汉斯是其他人意识到所谓的兰姆位移可能是由真空中产生的电子和场量子引起的。以前的数学困难被克服了理查德·费曼，朱利安·施温格,Tomonaga Shin 'ichirō他是1965年诺贝尔物理学奖得主之一弗里曼-戴森他证明了他们的各种方法在数学上是相同的。这个新理论叫做量子电动力学，被发现解释了所有的测量非常高的精度。很显然,量子电动力学提供了完整的电子行为理论电磁．

从20世纪60年代开始，人们发现弱力和电磁学。谢尔登•格拉肖，总部设在Abdus Salam,Steven Weinberg把两股力量结合在一起电弱理论1979年，他们共同获得了诺贝尔物理学奖。除了光子之外，还有三种场量子被预测为额外的力载体W粒子,Z粒子，以及希格斯玻色子．W和Z粒子是弱力的载体，希格斯玻色子是希格斯场的载体，这导致W和Z粒子重，光子质量为零。1983年W和Z粒子的发现和正确的质量预测，确立了电弱理论的有效性。2012年，一种可能是希格斯玻色子的粒子终于被发现。

自第一个不稳定粒子——原子粒子以来，人们总共发现了数百种亚原子粒子μ介子，在宇宙射线在20世纪30年代。到20世纪60年代，亚原子粒子之间的性质和关系出现了一些模式，导致了夸克理论。结合电弱理论和夸克理论，一个理论框架叫做标准模型构造;它包括所有已知的粒子和场量子。在标准模型中，有两大类粒子轻子还有夸克。轻子包括电子、μ子和中微子，除了重力时，它们只与电弱力相互作用。

夸克受强大的力量，它们以各种方式结合，形成束缚态。束缚夸克态，称为强子，包括中子和质子。三个夸克结合形成一个质子，一个中子，或者任何一种被称为重子．一个夸克结合形成一个反夸克介子比如介子。夸克从未被观测到，物理学家也不指望能找到夸克。强力的力量是如此之大，以至于夸克不能在强子之外彼此分离。然而，夸克的存在已经通过几种方式间接地得到了证实。在1967年开始用高能电子加速器进行的实验中，物理学家观察到一些撞击到质子目标上的电子发生了大角度的偏转。就像卢瑟福的金箔实验一样，大角度偏转意味着强子的内部结构包含非常小的带电物体。小物体是假定成为夸克。为了适应夸克及其特殊的性质，物理学家发展了一种新的量子场论，称为量子色动力学在20世纪70年代中期。这个理论定性地解释了夸克对强子的限制。物理学家认为这个理论可以解释强子的所有方面。然而，量子色动力学中处理强相互作用的数学困难要比量子电动力学中处理强相互作用的数学困难更大，并且对强相互作用的计算非常严格强子属性是不可能的。然而，用最大的计算机进行的数值计算似乎证实了这一理论的有效性。