Свойства элементарных частиц проявляются в процессе их взаимодействия. Если не считать сил тяготения, которые играют существенную роль только в присутствии очень больших масс, известны три вида взаимодействия элементарных частиц: электромагнитное, сильное и слабое. Несмотря на великое многообразие электромагнитных явлений все они определяются взаимодействием электрических зарядов. Сюда относятся и все явления, связанные с излучением и поглощением электромагнитных волн. Главным действующим лицом ответственным за самую возможность таких взаимодействий — посредником, которым непрерывно как бы обмениваются между собой заряженные частицы, является фотон — квант энергии электромагнитного излучения. Этот вид взаимодействия примерно в 100 раз слабее сильных взаимодействий ядер и элементарных частиц. Понятие сильное взаимодействие появилось после того, как раскрылась тайна внутренней структуры ядра атома, состоящего из заряженных протонов и не несущих никакого заряда нейтронов. Именно сильные взаимодействия соединяют и с огромной силой удерживают нуклоны в ядре атома. Эти силы в отличие от электромагнитных характеризуются очень малым радиусом действия. Они резко обрываются на расстоянии около двух диаметров ядра атома. В основе ядерных сил лежит процесс испускания и поглощения пи-мезонов, которыми непрерывно обмениваются взаимодействующие между собой нуклоны ядра — протоны и нейтроны. Помимо этого, сильные взаимодействия проявляются при столкновениях частиц, обладающих высокой энергией, в процессе которых за счет части энергии этих частиц рождаются мезоны, гипероны и многие другие элементарные частицы. Однако существуют еще и соударения элементарных частиц, обусловленные слабым взаимодействием. Они зачастую остаются незаметными в «океане» сильных и даже электромагнитных взаимодействий. Речь идет о многочисленных самопроизвольных распадах — «тихих» превращениях различных элементарных частиц, которые в принципе ничего общего между собой могли не иметь, например, бета-распад нуклонов (протона или нейтрона), распад мю- и пи-мезонов, захват мю-мезона нуклоном и распады и превращения других частиц. Процессы, вызванные слабыми взаимодействиями, часто называют медленными, так как их время относительно велико, хотя в ряде случаев оно может длиться всего миллионные доли секунды. За это время, например, распадается мю-мезон. В мире элементарных частиц такой промежуток времени действительно весьма продолжителен, поскольку для сильных взаимодействий характерны процессы, длящиеся 10~23 сек. Это взаимодействие в десятки миллионов раз слабее сильного и в миллиарды раз слабее электромагнитного, хотя соответственно намного сильнее гравитационного взаимодействия. Носителем слабых взаимодействий является пока еще остающаяся очень загадочной нейтральная частица — нейтрино, не несущая никакого заряда и к тому же не имеющая массы покоя. Она может существовать только в движении со скоростью, очень близкой к скорости света, наподобие фотона, несущего квант электромагнитной энергии. Самое удивительное в этой частице — ее поистине потрясающая проникающая способность. Она может беспрепятственно пролететь, не вступая ни в какие взаимодействия с частицами вещества, сквозь чугунную плиту толщиной, в несколько миллиардов раз превышающей расстояние от Земли до Солнца! Потребовалось около 25 лет, чтобы доказать существование этой частицы. Собственно говоря, ученые зарегистрировали не само нейтрино, а противоположную ему частицу — антинейтрино, точнее, след его взаимодействия с другими частицами. Трудно представить себе, чем отличается эта нейтральная частица от своего нейтрального же двойника, поскольку обе они не несут никаких электрических зарядов и имеют одинаковые массы. Однако это все же разные частицы. Одно нейтрино — электронное, другое — мюонное (мю-мезонное). Электронное нейтрино участвует во всех взаимодействиях, в которых рождается или исчезает электрон, а мюонное — только в паре с мю-мезоном. Самое важное при всех взаимодействиях частиц заключается в том, что масса и энергия никогда не создаются и не исчезают. Общее количество массы и энергии, которое вступает в реакцию, равно общему количеству массы и энергии, которое остается после реакции (см. Нейтрино).