除此之外,每种粒子还拥有一种与之对应的反粒子(antiparticle)。除了所带电荷相反,反粒子和对应粒子在其他各方面完全一致。例如,正电子(positron)的质量和电子完全相同,但所带电荷为正。而每一个夸克也都拥有一个孪生反夸克,反质子(antiproton)则由两个反上夸克和一个反下夸克构成。这些粒子被统称为反物质(antimatter),它们之间存在常规的引力相互作用,且被认为是标准模型中的一部分。

也许反物质听上去像是科幻小说中的概念,而且质子和反质子在碰面之后也确实会魔术般地一起消失,但这并不是真的那么超乎想象。尽管我们仍然在设法理解为什么宇宙几乎完全是由物质组成的(而不是反物质),但反物质粒子确实经常出现在自然界(例如一些核衰变)和科学实验中(费米实验室产生的反质子射线以及由位于加利福尼亚州门洛帕克(Menlo Park)的斯坦福线形加速器中心(Stanford Linear Accelerator Center, SLAC)产生的正电子射线)。当然,反物质在任何情况下都不会长期存在。一旦它遭遇到一点物质,就会通过相互湮灭的方式消失,而两个粒子的质量则被(至少短暂地)全部转化为纯的能量。

上述所有粒子间的相互作用——包括物质和反物质——都可以被归纳为四种基本力。引力可能是大家最熟悉的一种(同时也可能是我们了解最少的)。而看来互不相干的电力和磁力,实际上只是同一种电磁力的不同表示。至于我们最不熟悉的核力,则包括两种类型——强相互作用和弱相互作用。上面所说的后三种力——强、弱和电磁相互作用——都各自存在一种与之关联的力传播子,物质粒子正是通过这些力传播子的交换来进行彼此间的耦合。带电粒子(例如电子)要通过电磁力的载体——光子(photon)——和其他带电粒子发生相互作用。原子核中的夸克被传递强相互作用的胶子(gluon)捆绑在一起。而电子和中微子之间的弱相互作用则通过W波色子(W boson)和Z波色子(Z boson)传递。对于引力,也许同样存在着传播力的引力子(graviton),但我们至今还未观测到它的存在。这也是粒子物理学中一个悬而未决的关键问题。

粒子物理的标准模型是一个对亚原子世界的数学表述。它非常成功地描述了构成常规物质的基本粒子以及它们之间的相互作用。尽管标准模型不是万能的——事实上依然还有很多严肃的问题等待我们去回答,比如为什么一些粒子比其他粒子重?为什么有三个粒子家族而不是一个?究竟是否存在引力的量子理论?等等——但是,迄今为止我们尚未发现标准模型本身的任何弱点。