歷史
19世紀，從陰極射線等現象發現了電子，是人類接觸到的第一個標準模型的最基本單元。不久，另一重要發現是天然放射性。利用所發現的天然放射性的α射線轟擊原子核，導致中子的發現。從此認識到原子核由帶電荷的質子和不帶電荷的中子組成。這樣人類對基本相互作用的認識從原來的電磁力和引力兩種擴充到強、電磁、弱、引力四種。天然放射性原子核β弱衰變的研究中，發現與β射線發射的同時，還發射與通常構成物體的物質相互作用很弱的中微子。中微子與電子在標準模型理論中是處於同一層次的最基本單元，它們統稱為輕子。
20世紀中期以來，除質子、中子之外，利用宇宙線和高能加速器陸續發現了百種自旋為整數的介子（π介子 、K介子、η介子和ρ介子等）和自旋為半整數的重子（Λ、Σ、Ξ等超子及Δ、Ω等共振粒子）。介子和重子統稱為強子。研究強子分類時發現，強子並不“基本”，強子和輕子在物質結構上並不處在同一水平。通過對強子對稱性分類的研究，發現這些強子都是由u（上）、d（下）、s（奇異）三種夸克構成的。在此期間，人們也發現了類似電子的另一種帶電輕子μ子和與其相伴的中微子ν。夸克和輕子置在同一層次，奠定了在物質結構方面建立標準模型所需要的正確基礎。
探索物質基本相互作用的本質和基本相互作用的統一是認識微觀世界的又一任務。標準模型涉及的能標和具體過程中，引力相互作用極其微弱，可忽略不計，所以標準模型僅僅涉及強、弱和電磁三種相互作用。
電磁相互作用是矢量性的，是規範相互作用，對它的認識在電磁學的形成過程和量子場論的誕生過程中基本完成（見量子電動力學）。電磁相互作用是交換其量子——光子完成的。強、弱兩種基本相互作用的認識有一段探索歷史。它們的作用是短程的，即只在原子核大小或更小尺度內，強度才明顯不為零，超出這個距離時，強度迅速趨於零。對應的引力和電磁相互作用，它們是長程的，直到很遠的距離，還有明顯不為零的強度。強相互作用的短程性和弱相互作用的短程性的起源本質上是不同的，史證標準模型通過不同的渠道解決這一問題。
李政道、楊振寧發現，弱相互作用中宇稱不守恆對於認識弱相互作用的本質占有特別重要的地位。他們首次打破了分立對稱性不能被破壞的思想禁錮，指出弱相互作用中可能打破左右分立對稱，宇稱（P）可能不守恆，並提出了檢驗宇稱不守恆的實驗方法。吳健雄小組率先實驗證實弱相互作用的宇稱不守恆。在此基礎上，對弱相互作用的認識才走上了正確的道路，總結出弱相互作用是純左手（L）矢量（V－A：矢量減矢量）型的，是一種非阿貝爾 SU(2)規範作用。非阿貝爾規範場的重要特點是，它自己的量子（弱玻色子）之間存在相互作用。從沒有自作用的電磁規範場到有自作用的弱相互作用規範場是一個重要的發展，是楊振寧和R.米爾斯的非阿貝爾規範場理論的真實實現。相互作用對應規範場的重要意義是理論量子化後是可重正的。
規範場量子化後，其量子一定是無靜質量的，這樣對應的相互作用一定是長程的。所以，要把弱相互作用納入非阿貝爾規範場理論，還需要解決弱相互作用的短程性。標準模型中解決這一困難是通過黑格斯機制破缺電弱作用的規範性，實現給予弱玻色子靜質量。
具備了上述對物質結構、相互作用和全新的破缺規範作用的黑格斯機制的認識，到20世紀60—70年代創立粒子物理標準模型的重要組成部分——電弱統一理論的時機已經成熟，S.格拉肖、薩拉姆和S.溫伯格套用非阿貝爾規範場和黑格斯機制套用進來，成功地建立了電磁和弱作用統一理論。不久又認識到強相互作用是另一種非阿貝爾SU(3)規範場的作用。將其置於量子場論的基礎上，取名為量子色動力學。
把電弱理論和量子色動力學結合在一起，構成了標準模型理論。實驗上又先後在輕子方面發現了另一個帶電輕子τ及與它相伴的中微子ν；在夸克方面，發現了c（粲）、b（底）和t（頂）夸克。這樣與原來的輕子和夸克合在一起，構成了包含三代夸克和輕子作為物質基本組分的關於強、電弱相互作用的粒子物理標準模型。
模型內容
夸克、輕子是構成物質的基本單元，它們是自旋為 ћ/2的費米子。輕子中有電中性的和帶電的兩種。帶電的輕子帶一個電子單位的電荷，有三種“味道”：電子、μ子、τ子。電中性輕子不帶電，稱為中微子，與帶電輕子一一地對應起來，亦有三種“味道”：電子中微子、μ中微子和τ中微子。夸克都帶有電荷。按所帶的電荷來劃分，一類帶有質子電荷的2/3，一類帶有電子的電荷的1/3。帶質子電荷2/3的有u、c和t三種“味道”；帶電子電荷1/3的有d、s和b三種“味道”。前三種和後三種像輕子一樣也一一對應，前三種的電荷與後三種差一個單位。弱相互作用的純左手特性，只在上述基礎費米子的左手分量 [一個具有靜質量的費米子，可分解為左手（用L標記）和右手（用R標記）兩個分量] 間改變電荷一個單位，所以只把左手分量進行“上下”排列，右手分量完全“平放”在一起。標準模型排列輕子時，把電中性輕子排在帶電輕子的“上面”，把電荷為質子電荷2/3的三種夸克排在電荷為電子電荷1/3的三種夸克的“上面”。“上面”的夸克與“下面”的夸克在弱作用時和“上面”的輕子（中微子）與“下面”的帶電輕子在弱作用時是一樣的。若把三種味道不同的“上、下”的輕子和三種“上、下”的夸克全都對應起來，形成三列：每一列中有“上、下”一套輕子和一套夸克，這樣就構成所謂的一代。中微子暫考慮無靜質量，只有左手分量。
夸克與輕子的最大不同是夸克有三種“顏色”（見色量子數），而輕子沒有。輕子是無色的。這一不同帶來夸克和輕子性質的極大差別（d′、s′、b′為相互作用夸克，與質量夸克d、s、b間相差一個CKM矩陣）。
物質間的強、電磁、弱三種基本相互作用是通過交換相應的規範場粒子（量子）實現的。規範粒子都是矢量性的，帶整數自旋，通常稱為玻色子。強作用的規範場粒子稱作膠子，是非阿貝爾“顏色” SU(3)規範場量子。膠子自身也帶有“顏色”。 SU(3)的性質決定它共有八種“非簡單的顏色”。膠子僅對有“顏色”的粒子（如夸克、膠子自身等）有作用，與輕子無直接作用。強作用與“味道”、電荷無作用。電磁作用對應的是阿貝爾規範場的量子－光子的傳遞。光子只與帶電的粒子有作用，對不同的“顏色”、“味道”無直接作用。弱作用對應 SU(2)非阿貝爾的規範場量子－弱中間玻色子的傳遞。弱中間玻色子對顏色不能區分，在味道間作用。它們僅在輕子，夸克及它自身間作用 。弱中間玻色子共有三種（W 、Z 、W ），其中的W 、W 一起使上述基礎費米子“上下”改變。
作為規範場粒子的弱中間玻色子，與標準模型中的另外兩種規範場粒子膠子和光子極不相同，後兩種規範場是不破缺的，規範特性保證了它們沒有靜質量。而觀測事實要求弱作用是短程的，弱中間玻色子需要具有十分大的靜質量，即弱作用的規範是破壞的。簡單地破壞規範性，弱中間玻色子獲得靜質量將造成理論的不可重正性，這是不能被接受的。粒子標準模型中採用的是黑格斯機制來實現弱作用規範場的破缺。標準模型中的黑格斯機制可大致說明如下：黑格斯場都是自旋為零（整數，服從玻色-愛因斯坦統計）的標量場，亦有“上面”和“下面”之分（排列在“上面”的是電中性的，“下面”的帶電子一樣的電荷），“上、下”都是複數場，“上、下”一個組合總共有四個獨立實數場。而且這四個場的穩定態（最低能量的“物理真空”）是電中性的，不具有弱作用的對稱性。當把黑格斯場和弱玻色子場放在一起，這四種黑格斯場自動做出了調整，其中的三種被上述三個弱中間玻色子“吃掉”，使弱中間玻色子都獲得靜質量，剩下的一個中性黑格斯場對應在客觀世界中一種靜質量不為零的中性粒子——黑格斯粒子。此外，粒子標準模型中的黑格斯場還給出輕子和夸克所需要的靜質量。
在伴隨夸克產生靜質量的過程中，還帶來了所謂的夸克的物理態和“味”的相互作用態不同的問題（這是前面的表中排列左手夸克時，下面的夸克都加了撇的原因），並引起了許多有趣的現象。如在已知三代費米子間，帶來更加多樣化的夸克“味道”衰變，同時引起了所謂的正反粒子和宇稱聯合變換（CP）的對稱性破壞等（見CP破壞和CKM矩陣）。
強相互作用有很突出的特點：其量子——膠子與有“顏色”的客體作用時，儘管作用能是吸引也能是排斥，但客觀世界中總是在吸引的作用下把有“顏色”的客體“拉到一起”，總把“顏色”中和掉，即有“顏色”的客體（夸克、膠子等）不會相對長時間（數量級大於10 秒）地單獨生存，有所謂的顏色禁閉現象。顏色禁閉同時保證了強作用的短程性。通常條件下僅能觀察到顏色被中和的強子如介子、重子等，原因在於夸克所攜帶的“顏色”共有三種，不是任何數目的夸克都能中和成“無色”的客體。只有夸克和其反夸克（或它們的整數倍）及三個夸克（或它們的整數倍）兩類情形可中和成“無色”的客體（強子）。前者即介子，後者即重子。強子間的強作用是顏色的剩餘相互作用 。
成功與‘超越標準模型’的展望
粒子標準模型中的相互作用是規範場，量子化後是可重正的，所以理論上不僅能夠計算出各種最低階過程，而且能計算其量子修正，對實驗可進行精確預言，接受實驗的精確檢驗。20世紀80—90年代，歐洲核子研究中心（CERN）的正負電子對撞機（LEP）、美國正負電子直線對撞機（SLC）、質子－反質子對撞機（Tevatron）及一些精確固定靶實驗等，紛紛達到百分之幾和更高的精度，標準模型通過了這些精確實驗的檢驗。量子色動力學方面，理論的可重正性導致了強作用的強度隨過程交換能量、動量的大小變化，即有所謂的“漸近自由”特性。這一特性已經為實驗完全證實。另外，在一定的誤差範圍內，標準模型框架與實驗已經觀察到的CP破壞現象是相容的 。
超越標準模型粒子標準模型取得了巨大成功，多次諾貝爾物理獎授予標準模型的相關研究。現在僅剩下尚未證實的是關於黑格斯粒子的問題。黑格斯機制是否如上所述這樣簡單，其中的三個分量被弱中間玻色子“吃掉”，一個分量——中性黑格斯粒子存活下來，尚待實驗證實。粒子標準模型的黑格斯機制是否真的正確，需要直接證明。這一問題是粒子物理當前最熱的問題之一。儘管如此，現在多數人相信黑格斯機制的驗證只是時間問題；將根據最終黑格斯粒子探索的情況，證明標準模型是否完全正確或是部分地正確。如果是後者，標準模型中的黑格斯部分僅僅是現在能標下的有效理論，需要修正和發展，同時；以前的粒子標準模型是‘拼圖’碎片不連貫的粒子物理歷史科學，它只發現了一部分自然科學認識的粒子晶格都是‘平移對稱’規範性，而當今自然科學的發展和‘發現’，物質也存在‘非平移’超對稱超性額外維度-存在等等許多其他新物理，這些都需要‘實驗驗證’為以後的凝聚態物理開路-製造新的物質仿備制套用到生活。。
粒子標準模型的另一個問題是在強作用方面。膠子傳遞的相互作用的強度在交換能量、動量很低時會變得很強，微擾論方法不適用。它又有自相互作用，數學處理很難。如果強作用的基礎確實是“顏色”的規範相互作用，儘管顏色禁閉得到了實驗觀察的支持，但仍然是一個亟待解決的理論問題。理論的非線性、非微擾特點，亦是一個非常困難的問題。在實驗的引導下，粒子標準模型不斷地取得進展，推動著處理非線性問題方法的發展。標準模型的成功，只是人類認識的一個里程碑，需要進一步發展。一方面需要更加精確的實驗檢驗它，發現建立超出標準粒子模型的新理論的線索，在此基礎上把人類對微觀世界的認識推向更加深入的層次（如超對稱，大統一，額外維時空等）；另一方面需要揭示粒子標準模型的內涵（特別是強作用引起的手征相變，夸克、膠子、電漿以及色超導相變的規律和條件等）和套用。此外，標準模型的成功，推動了天體物理、宇宙學和核物理等學科的重大發展，誕生了新的交叉學科（如粒子宇宙學，高能天體物理學等）。
