物质之间的基本相互作用
1，引力相互作用
一切有质量的物体之间的相互作用都表现为引力，这是一种距离无限远的远距离力。它的定律是牛顿万有引力定律，更准确的理论是广义相对论。是不是四种基本相互作用中最弱的，远不如强相互作用？电磁相互作用和弱相互作用在微观现象的研究中通常被忽略，但在天体物理的研究中却起着决定性的作用。按照现代物理学的观点，引力作用是通过场的量子或交换场来实现的，引力场的量子称为引力子。引力相互作用，简称重力或引力，是四种基本相互作用中最弱的，但同时作用范围最大(不会像电磁力那样互相抵消)。但当距离增大时，引力相互作用的影响会减小。与其他相互作用不同，重力可以广泛地作用于所有物质。由于其作用范围广，当一种物质的质量特别大时，与该物质有关的性质和该物质的带电量有时可以相对忽略。
2.电磁相互作用
带电物体或具有磁矩的物体之间的相互作用是一种力范围无限大的长程力。宏观的摩擦力、弹力和各种化学作用，本质上都是电磁相互作用的表现。其强度仅次于强相互作用，在四大基本相互作用中排名第二。电磁相互作用研究得最清楚，其规律总结在麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式中。更准确的理论是量子电动力学。量子电动力学是一种精确的物理学理论。根据量子电动力学，电磁相互作用是通过交换电磁场的量子(光子)来传递的，可以很好地解释正负粒子的产生和湮灭、电子和μ子的反常磁矩(见粒子磁矩)、兰姆位移等真空极化引起的细微电磁效应。理论计算与实验符合得很好。电磁相互作用引起的粒子衰变称为电磁衰变。最早观测到的核的γ跃迁是电磁衰变，其他的是π0→γ+γ。电磁衰变粒子的平均寿命为10-16 ~ 10-20秒(s)。
3.弱相互作用
最早观察到的原子核β衰变是一种弱相互作用现象。弱相互作用只在微观尺度上起作用，作用力范围最短，其强度排在强相互作用和电磁相互作用之后，位列第三。它的对称性差，在强作用和电磁作用下许多守恒定律被破坏(见对称性和守恒定律)。比如弱作用下宇称守恒不成立。弱相互作用理论是电弱的统一理论，弱相互作用是通过交换中间玻色子(W玻色子和Z玻色子)来传递的。弱相互作用引起的粒子衰变称为弱衰变，弱衰变粒子的平均寿命大于10-13s。最早观察到的原子核β衰变是一种弱相互作用现象，任何涉及中微子的反应都是弱相互作用过程。弱相互作用只在微观尺度上起作用，其作用力范围最短(约10-18m，小于强相互作用)。因为弱相互作用的强度比强相互作用和电磁相互作用弱，所以得名。弱相互作用有两种，一种是涉及轻子(e，中微子ν，μ子及其反粒子)的反应，如β衰变，μ子衰变，π介子衰变。另一个是κ介子和π超子的衰变。
弱相互作用的一个特点是对称性低。在弱相互作用中，空间反射的对称性、电荷轭和时间反转都被破坏；在强作用下守恒的同位旋、奇数、粲数、基数等量子数是不守恒的。
虽然弱相互作用和电磁相互作用差别很大，但它们是相似的。弱相互作用流像电流一样守恒，它们也通过对称性联系在一起。20世纪60年代末，提出了弱相互作用和电磁相互作用的统一规范理论。弱电流的标准统一规范模型与所有低能弱作用实验一致。理论中预言的中间玻色子也已经在1983中被发现。
4.强相互作用
最早认识到质子和中子之间的核力属于强相互作用，是质子和中子结合形成原子核的力。后来进一步认识到强子是由夸克组成的，强相互作用就是夸克之间的相互作用。强动作是最强的，也是近程力量。它的理论是量子色动力学。强相互作用是色相互作用的一种，是夸克与色荷的相互作用。色电荷通过交换八个胶子来相互作用。当能量不是很高时，强相互作用的中间粒子是介子。强相互作用对称性最强，遵循的守恒定律最多。强作用引起的粒子衰变称为强衰变，强衰变粒子的平均寿命最短，从10-20到10-24s不等，强衰变粒子称为不稳定粒子或* * *振动态。强相互作用是作用在强子上的力，是已知四个宇宙中最强的基本力，距离第二短(约10 [-15] m，大于弱相互作用的范围)。核子之间的核力是一种强相互作用，抵抗质子之间的强电磁力，维持原子核的稳定。现在物理学家认为强相互作用与夸克和胶子有关。强相互作用比其他三种基本相互作用有更大的对称性，即强相互作用中有更多的守恒定律。强相互作用不是像引力和电磁相互作用那样的长程作用力，而是短程作用力。但它的作用力范围比弱相互作用的作用力范围长，约为10 [-15] m .约等于核内核子间的距离。
理解强相互作用的本质一直是物理学中的一个难题。人们提出了许多强相互作用理论，其成果是有限的。原因之一是理论中没有小参数，所以没有可靠的近似方法。人们基于强子的夸克模型和规范场的概念提出了量子色动力学。在这个理论中，强相互作用是组成强子的夸克之间通过一些称为胶子的规范粒子场的相互作用。这一理论具有在小距离上减弱的性质，被认为是一种有前途的强相互作用基础理论。