A kvantum-térelmélet a speciális relativitáselmélet és kvantummechanika közötti ellentmondást próbálja feloszlatni azáltal, hogy az elemi részecskéket nulla intrinsic méretű pontszerű objektumoknak tekinti. E teória alapján állították fel a standard modellt, amely a kvarkok és leptonok három családját írja le, és amely kiállta az eddigi kísérleti próbákat egy kikötéssel – ha a gravitációt nem vették figyelembe. (nem gyanús ez a nagyvonalúság ?)
       A Standard Modell (SM) leírja a 6 kvark, a 6 lepton és a közöttük ható erőközvetítő részecskék tulajdonságait, és megemlíti, hogy minden anyagi részecskének megvan az antianyag-párja. Anyag és antianyag találkozásakor a részecskék megsemmisülnek és energia szabadul fel.


       A SM részletesen elemzi a spin nevezetű kvantummennyiséget. A spin lényegében egy részecske forgásának a mértéke, mely egy minden részecskére jellemző állandó: érdekes módon egy részecske pörgésének mértéke nem, csupán tengelyének iránya változhat a kölcsönhatások során. A spin mértékegysége az atomok impulzusmomentum egységének  fele: ħ/2 .Azok a részecskék, amelyek spinje e mértékegység páratlan számú többszöröse, fermionoknak nezzük. Ennek a páratlan számú forgásmértéknek van egy furcsasága: ha a részecske 360 fokkal megfordul tengely körül, nem a kiindulási állapotba kerül vissza, amint az elvárható lenne, hanem annak a tükörképébe. Az eredeti állapot csak a következő teljes fordulat után áll vissza. A kvarkok és leptonok ilyen feles spinű részecskék.
Vannak egész spinű részecskék is : (0, 1 ,2) – ezeket bozonoknak nevezzük. Az 1-es spinszámúak a mértékbozonok (gauge boson), amelyek a gyenge, az erős és az elektromágneses kölcsönhatásokat közvetítik. Nulla spinűnek tartják a Higgs-bozont – de ezt a részecskét még nem sikerült megfigyelni.
Ime a Fermilab összefoglaló képe az elemi részecskék 3 generációjáról:



       A fenti táblázatban a tömegek balról jobbra nőnek, az elektromos töltések pedig fentről lefele 2/3, -1/3, 0, -1. A természetben csak az I generáció található meg, a II. és a III. generáció anyagai szinte azonnal elbomlanak.
       A kvarkok többféleképpen kapcsolódhatnak. Három kvark bariont, három antikvark pedig antibariont hoz létre. A kvark feles spinű, a 3 kvarkos barion szintén, tehát fermionként viselkedik. Ellenben egy kvark és egy antikvark kapcsolódásából mezon alakul ki, amely egész spinű részecske, ezért bozonként viselkedik.Újabb híradások pentakvark rendszerekről is szólnak, ahol 5 kvarkot tart egybe az erős kölcsönhatás.
       A SM 4 féle kölcsönhatást ír le a fenti részecskék között, amelyek helyi szimmetriákból erednek, forrásuk valamilyen töltés és erőközvetítő részecskék, bozonok cseréjével képzelhető el. Az akció-reakció elv alapján ez igaz lehet a taszító erők esetén, de a vonzóerők esetében a mechanizmus nincs leírva. Álljon itt ennek bizonyítására egy mai napig érvényes, immár 300 éves idézet Sir Isaac Newtontól: „ Mert hiszen jól ismert, hogy a testek gravitációs, elektromos és mágneses vonzással hatnak egymásra… Hogy ezek a vonzások hogy mennek végbe, azt itt nem fontolgatom. Amit én vonzásnak nevezek, végbemehet impulzusok segítségével vagy valamilyen általam nem ismert más módon is.” Optics, 1704


              
 

Kölcsönhatás	Relatív erő	Potenciál	Élettartam	Bozon	Tömeg GeV/c2
Erős	1	R	10^-23 sec	8 gluon	0
elektromagneses	1/137	1/r	10^-20 - 10^-16 s	foton	0
gyenge	10^-7	(1/r)e –r/R R= h’/MWc	10 ^–12	W, Z	80, il 91
Gravitációs	10^ –38			graviton	0

Az első kölcsönhatás az elektromágneses kölcsönhatás, melynek bozonja a foton, és amely révén az azonos elektromos és mágneses töltésű részecskék taszítják, az ellentétes töltésűek pedig vonzzák egymást. A foton hatósugara végtelen, nincs nyugalmi tömege, sem elektromos töltése, a kölcsönhatás pedig a távolság inverzének négyzetével arányos. Ebben a kölcsönhatásban csak az elektromos töltéssel rendelkező fermionok vesznek részt.
E kölcsönhatás helyi szimmetriája a Maxwell-egyenletek mértékszimmetriája.
A Maxwell-egyenletek a XIX. századra jellemző írásmódban a következőképp néznek ki:
rot B - parc.diff t szerint E = 4 pi J
divE = 4 pi ro
div E + parc diff t szerint B= 0
rot B= 0
Fennebb E, ill. B az elektromos, ill. a mágneses hármasvektor, J az áram, ro a töltéssűrűség, rot a rotáció, div a divergencia (ezek térbeli vektoroperációk).
Az egyenletek az elekromos töltések mozgása által keltett mágneses erőterek tulajdonságait jellemzik, valamint a mágneses indukció által keltett elektromos erőteret. A két tér mintegy „egymásra támaszkodva” hozza létre egymást és terjed elektromágneses hullám formájában.
Ezek a folyamatok forgásszimmetrikusak – bárhogy mozgatunk egy áramot szállító vezetőt, a vezető körüli mágneses tér a fenti egyenletek alapján követi a forgatásokat vagy transzlációkat, és megtartja viszonyát a vezetővel. Sőt, ha az elektromos potenciált változtatjuk, a mágneses erőtér követi a módosulást. A beavatkozásunk előtti és utáni helyzet ilyen értelemben szimmetrikus: az eredeti vektor transzformálható az eredő vektorba. A transzformáció úgy ábrázolható, mint az eredeti vektor paramétereinek szorzata az U(1) forgatómátrixxal.

Az erős kölcsönhatás a kvarkok között hat, bozonjai a gluonok, melyek színtöltéssel rendelkező részecskék. A színek a piros, kék és zöld, illetve ezek antiszínjei. A három szín együtt, akárcsak a 3 antiszín együtt semleges. Ugyanez a helyzet egy szín és a megfelelő antiszín kombinációja esetén. A kvantum-elektrodinamika törvényei szerint az erős kölcsonhatásban résztvevő részecskék színsemleges kombinációkat képeznek. A kölcsönhatás  hatósugara csupán az atommag egyrészére korlátozódik, kb 10 –15 m. A hadronokokat alkotó kvarkoknak tehát van színtöltésük, az antikvarkoknak antiszíntöltésük, de  a hadron maga színsemleges: a három szín együttesen semleges (kvarkok és antikvarkok esetében), illetve szín és antiszín is semleges mezonok esetében. A gluonok, amelyek a szín-erőteret hozzák létre e részecskék között, egy szín és egy antiszíntöltésel rendelkező bozonok. A gluon kibocsátása és elnyelése is megváltoztatja a kvark színét – olymódon, hogy a reakció során a színtöltés megmarad. Ha tehát két vagy három kvark közel kerül egymáshoz, gluonok cserélésével egy nagyon erős szín- erőteret hoznak létre, amely öszekapcsolja őket. Ha valamelyik kvark távolodna, az erőtér egyre nagyobb intenzitással húzza visza: ez az erő a távolsággal egyenesen arányos, ellentétben a többi kölcsönhatással). Egy bizonyos ponton túl, ha a kvarkot elhúzó erő nagyobb, mint az erős kölcsönhatás, az energia átalakul anyaggá, és az eredeti, széthúzott hadronból kettő lesz:
Lennebb egy mezon (charm és anti-charm kvarkból álló hadron) széthúzásából lett egy anti-charm és down-kvarkból, illetve egy anti-down és charm-kvarkból álló mezon létrejötte került ábrázolásra








Az erős kölcsönhatás forrása tehát a színtöltés, helyi szimmetriája pedig a 3 színnek megfelelően a SU(3) szimmetria.

A gyenge nukleáris kölcsönhatás szintén korlátozott hatósugarú. Elektromosan töltött W+ és W-, valamint a semleges Z bozonjával a fermionok különböző generációi közötti átalakulásokat közvetítik: a magasabb generációszámú, súlyosabb elemi részecskék e bozonok hatására atalakulnak up és down kvarkká, elektronná és neutrínóvá . Ezek az I. generációs részecskék építik fel a körülöttünk látható világot, mivel már nem bomlanak tovább a gyenge kölcsönhatás következtében. A gyenge kölcsönhatás erőssége 10 –18 m-es távolságon nagyjábűl azonos az elektromágneses kölcsönhatáséval – de már 10 –15 m-en, vagyis a kvarkok nagyságrendjénél, már csak milliomodrésze annak. A SM ezt azzal magyarázza, hogy a gyenge kölcsönhatás bozonjai elég nagy tömeggel rendelkeznek, míg a fotonnak nincs nyugalmi tömege.
A gravitáció a SM szemléletében egy különös dolog. Rejtélyes bozonja, a graviton, korlátlan hatótávolságú, fénysebességgel terjed, tehát nincs nyugalmi tömege, és a spinje 2. A SM szempontjából egyetlen jó tulajdonsága van ennek a kölcsönhatásnak: olyan kicsi a csatolási állandója a többi (mondhatnám: a kedvencekhez) képest, hogy nyugodtan elhanyagolható a számítások során.
Ha ezen a szemléleten nem változtatunk, az antigravitációs motorok kifejlesztése nagyon sokat várat még magára.