從古原子論的提出，到誇克模型的建立，曆經兩千餘年。在探索微觀世界漫漫征途中，人們克服了重重困難，攻克了一個又一個難關，取得了豐碩的成果：敲開了原子的大門，揭示了原子核的秘密，確立了強子結構的誇克理論，所有這些令人鼓舞。然而，微觀世界奇妙無窮，深奧莫測，尚有許許多多未開墾的處女地，有些未知領域屬於世界性的難題，等待人們深入研究，探尋答案。現就一些具有代表性的題目概述如下。
μ粒子之謎
μ粒子是輕子族中重要成員，早在1937年人們就結識了它。六十多年過去了，人們還沒有認清它的盧山真麵目，仍披著一層神秘的麵紗，令人迷惑不解。
μ粒子在宇宙射線中被發現時，就給人們以假相。誤認為是核子間相互作用的傳遞者，為湯川秀樹提出的核力介子理論找到了依據，著實讓人興奮不已；可進一步研究發現，μ粒子與強相互作用無緣，它擔當不了這個角色，令人啼笑皆非。直至π介子降臨，才使問題圓滿解決。
μ粒子與電子堪稱孿生兄弟，除了質量不同以外，其他性質沒有什麼兩樣。可電子在構造多姿多采的大自然中，占據重要位置，可謂個小神通大；而μ粒子呢，它來到宇宙間起什麼作用，扮演什麼角色，至今人們還不清楚。這是擺在世人麵前一個未解之謎。
μ粒子很不穩定，壽命隻有2.2×10-6秒。在宇宙間生存短暫，很快便通過弱相互作用衰變為電子與中微子，即
μ-→e-+e+νμ
相應的反粒子也同樣存在這種關係：
μ-→e++νe+μ
π介子也是很不穩定的一種粒子，壽命也僅有2.6×10-8秒，很快衰變為μ粒子與中微子，其過程是
π-→μ-+μ
π+→μ++μ
從這些衰變關係中，人們不難看出π、μ、e之間存在著一定的聯係。π介子的衰變是μ粒子的一個重要來源；μ粒子衰變為電子又是它消亡的重要渠道。π介子與電子e的作用是十分明確的。依據π→μ→e變化關係，μ粒子存在的意義能悟出點道理嗎？
尋找分數電荷
1833年，法拉第通過實驗總結出著名的電解定律，從而揭示出電荷存在基本單元；1881年，愛爾蘭物理學家斯通尼提出電荷的最小單位為“電子”，意為電荷的量子。電子電荷用符號e表示，它是物體所帶電荷的最小單元，任何一個物體所帶電荷都是電子電荷e的整數倍。例如，某一物體，或某一帶電粒子所帶電荷用Q表示，則有
Q=ne
n為正整數，取值為n=1，2，3，……百餘年來，電荷這種量子化的思想已經根深蒂固，至於為什麼會是這樣，還沒有找出正確地解釋。
到了20世紀60年代，人們在探索強子結構中，誇克理論明確指出，組成強子的誇克帶有的電荷，不再是電子電荷e的整數倍，而是13e的整數倍。比如，u誇克、c誇克、t誇克所帶電荷為23e；而d誇克、s誇克、b誇克帶電量為-13e。分數電荷的提出，是對傳統觀念的挑戰，因此，引起物理學界普遍興趣與關注。
分數電荷的存在，僅僅是一種理論預言，是否符合實際，還需要通過實驗驗證。於是，便掀起一場尋找分數電荷的熱潮。1977年4月，在铌球實驗中，發現±23e電荷存在的跡象；繼而，1981年，又有人證實了這個結果。近十幾年中，這方麵實驗情況的報道尚不多見。因此，尋找分數電荷，仍將是高能物理學中，做為一個世界性的研究課題帶入21世紀。
誇克禁閉之爭
大量確鑿的證據，斷定強子是有內部結構的，而且誇克模型已被世人公認。於是，眾多國家投入大量的人力、物力，建造大型加速器和探測裝置，采用各種各樣的實驗手段試圖發現自由誇克，這些誇克能夠獨立存在，就好像脫離原子的自由電子那樣。讓人們真的從實驗中能夠目睹誇克的風采，而不是強子的麵孔。然而，從誇克模型誕生至今，已經過去了30多年，卻始終沒有見到自由誇克的蹤影。
一方麵，有大量實驗事實表明誇克的確存在於強子中；另一方麵，人們又一直看不到獨立的自由的誇克。這是為什麼呢？粒子物理學家眾說紛紜。有人認為，目前之所以沒有發現自由誇克，是因為轟擊強子的炮彈能量還不夠大，以至於無法將誇克從強子中分離出來，自然看不到。按照這種觀點，尋找自由誇克僅是個時間和條件的問題。傳遞弱相互作用的中間粒子，從20世紀60年代提出，經過20餘年苦心探尋，隨著高能量正負質子對撞機的問世，終於如願以償。尋找自由誇克的難度會更大，所需時間也會更長。為此，美國曾計劃投資上百億美元，建造一台世界上最大的超導超級對撞機（簡稱SSC）。這項巨大工程，給物理學界帶來了驚喜和美好的前景。但由於耗資太多，1993年10月，美國國會做出了停建的決定，使得這一宏偉計劃變成了泡影，物理學界眾多科學家陷入了難以言表的震驚。