基本相互作用（Fundamental Interaction），为物质间最基本的相互作用，有四种，常被称为——宇宙基本力或是自然界四力。而迄今为止，观察到的所有关于物质的物理现象，在物理学中都可借助这四种基本相互作用的机制——得到描述和解释。
本文将会详细介绍和解读，这四种基本作用力的概念、形成和原理，以及与之相关的发生在原子核内部的物理作用和现象——如夸克禁闭与渐进自由。
主题目录如下：
基本相互作用力的形成
规范和希格斯-玻色子的性质
色荷、核力、渐近自由与夸克禁闭
目前已知的基本作用力有四种——强力、弱力、电磁力、引力。这些力是由不同的规范玻色子——胶子、W和Z玻色子、光子、引力子——来传递的，其方式是发射和吸收（交换）规范玻色子，其中：
强力，也称核力或强核力，是使核子结合成原子核的力，由胶子（自旋为1，有8种）传递。
弱力，也称弱核力，是粒子衰变过程中的力，会影响所有的费米子，由W和Z玻色子（自旋为1，有3种）传递。
电磁力，是带电粒子在电磁场中产生的力，由光子（自旋为1，有1种）传递。
引力，也称重力子，是具有质量的物体之间的力，由引力子（自旋为2，有1种，未证实）传递。
在微观尺度上，强力是最强的相互作用，其次是电磁力，然后是弱力，最弱的就是引力——弱到几乎可以忽略不计。具体来看，强力是电磁力的10^3倍，是弱力的10^13倍，是引力的10^39倍。
强力——维系着原子核的稳定，这是构成底层物质结构的基础，过程是夸克之间通过交换胶子产生的强相互作用而结合在一起，形成稳定的复合粒子，即核子——构成原子核的粒子，如质子、中子。
弱力——则是复合粒子（如核子）自发衰变的原因，即放射性表现。在衰变过程中，复合粒子会通过交换（即发射和吸收）W和Z玻色子（W+带正电荷，W-带负电荷，Z0无电荷），从而衰变成其它粒子。
例如，中子的三个夸克是——“上下下”，质子的三个夸克是“上上下”。自由的中子是不稳定的，它会在负β衰变中通过弱相互作用——其中一个下夸克，发射W-玻色子，成为上夸克，即夸克味变——衰变为质子，接着W-玻色子迅速衰变成，一个电子（β粒子）和一个反中微子。
而这个中子衰变是可逆的过程，在一定条件下，质子会在正β衰变中通过弱相互作用——其中一个上夸克，吸收能量，发射W+玻色子，成为下夸克——衰变为中子，接着W+玻色子迅速衰变成，一个正电子和一个中微子。
以上两个衰变过程简述为：
负β衰变是——下夸克 = 上夸克 + 电子 + 反中微子
正β衰变是——上夸克 + 能量 = 下夸克 + 正电子 + 中微子
β衰变——原子核自发地放射出β粒子或俘获一个轨道电子而发生的转变。其中，放出电子的衰变过程称为β-负衰变，放出正电子的衰变过程称为β+正衰变。
由此可见，中子和质子可以看作是同一种粒子（核子）的两个不同的量子状态，它们之间的相互转变，相当于核子从一个量子态跃迁到另一个量子态，在跃迁过程中放出了电子和中微子。而引起β衰变的，正是电子与中微子场，同原子核的弱相互作用，即弱力。
那么，弱力之所以称为“弱”，是因为弱力发生的概率，要比强力和电磁力小几个数量级。也就是说，交换W和Z玻色子的发生概率，要远远小于交换胶子和光子的概率。而W和Z玻色子中的W是Weak（弱）的意思，Z是Zero（Z0电荷）的意思。
至于，电磁力——是带电粒子在电磁场中，交换（即发射和吸收）光子所产生的力。在量子电动力学中，电磁场被认为是量子化的光子场，正反带电粒子对可以湮没而转化为光子，同样正反带电粒子，也可以在电磁场中产生。
最后，引力——目前看来，是一种宏观力，在微观忽略不计。而引力子，就是一种假想的规范玻色子（自旋2），就像其它规范玻色子一样，在微观可以通过交换（即发射和吸收）引力子来产生引力——就像其它三种力（强、弱、电）一样。
显然的是，宏观上引力与质量关系密切——成正比，而在微观，粒子质量都极小，所以微观粒子所表现出的引力，都小到忽略不计了。
但如果引力，是来自于引力子的作用，那引力场的吸引力，就不在需要（广相的）时空弯曲来解释，而是可以理解为，引力子和光子之间的互相作用（不是基本力），只不过目前引力子并没有被证实存在。
而假想出引力子，就是因为量子论在各方面都非常成功，完美解释了其它三种力及其作用机制，自然人们就希望量子论可以解释引力——从而可以完美解释自然界的所有四种力（强、弱、电、引）。于是就引出了——量子引力理论和引力子，但这种理论的数学运算十分复杂且无法自洽。
光子、引力子——都没有质量，所以它们的速度都是光速。又因为，光子在电磁场中传递，引力子在引力场中传递，所以电磁场和引力场的传播速度，都是光速。同时，没有质量意味着，它们的传递没有阻力（惯性力），传递距离可以是无限远，所以电磁力和引力，都是长程力。
胶子——也没有质量，在胶子场中传递，有一种叫做色荷属性。我们知道具有色荷的夸克，会因为交换（即发射和吸收）胶子，而产生强力被束缚在一起。所以具有色荷的胶子之间，也会交换（即发射和吸收）胶子，并产生强力。
事实上，因为胶子没有质量，所以理论上它应该是光速，并且其潜在的传递距离也是无限远。但色荷属性，束缚了它的传递距离与速度，也就是说，胶子无法抵达光速，并且传递距离也有限，所以强力是一种短程力。
W和Z玻色子——具有很大的质量（W-80.39 GeV，Z-91.19 GeV，是质子质量的100倍，比铁原子还要重），因此质量带来的阻力（惯性力）限制了它的传递距离，所以弱力是短程力。
而电弱统一理论（Unified Electro-Weak Theory），统一了弱力与电磁力，这意味着弱力与电磁力，是同一个互相作用的不同表现而已。所以，W和Z玻色子——既参与弱力，也参与电磁力。
大统一理论认为——强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用，可以统一成一种相互作用，而目前统一弱相互作用和电磁相互作用的电弱统一理论，已经获得实验证实。
希格斯粒子——具有很大的质量（125.09GeV，比W和Z玻色子还重），极不稳定，生成后会立刻衰变（平均寿命为1.56×10^−22秒），并且只在希格斯场里发挥作用，它的作用就是把质量赋予，规范玻色子（W和Z玻色子）和费米子（夸克与轻子）。
关于色荷
可以类比于电荷，电荷只有一种类型有正负之分，而色荷有三种类型，所以用三原色RGB来命名，并且三原色可以混合出无色（也称色中性），即色荷为0，就像电荷的电中性一样。
类比来看，电子携带电荷，可以发射和吸收光子，电子之间通过交换光子，来传递电磁力；而夸克携带色荷，可以发射和吸收胶子，夸克之间通过交换胶子，来传递强力。
不同的是，光子本身不带电荷，所以光子之间就没有相互作用（电磁力），而胶子本身带色荷，所以胶子之间有相互作用（强力）——这也可以看成是胶子场的自相互作用。而夸克在交换（即发射和吸收）胶子的时候，还会改变自身的色荷，即色荷的颜色。
显然，色荷性质比电荷性质要复杂的多，而色荷还产生了——渐近自由与夸克禁闭。
所谓渐近自由
就是说携带色荷的夸克之间，如果距离越近，那么耦合常数就越小，即强力越小，而当距离任意小时，强力可以任意小，此时每个夸克几乎处在了“自由”不受强力的状态。
耦合常数（Coupling Constant）——是量子论中，相互作用强度的一种度量。例如，电荷就正比与电磁力的耦合强度，而电磁力的耦合强度使用「精细结构常数」来表示。
那么夸克禁闭，是说携带色荷的夸克无法单独存在，只能两三个组合成复合粒子（即强子），使得色荷为0。其原因就在于，夸克之间的距离增加，胶子之间的强力也会增加，最终使得多个夸克，只能被束缚在一个狭小的空间内——形成“禁闭”。
而如果强行分离“禁闭”中的夸克，那么在这个过程中，就需要提供足够的能量，来对抗越来越大的强力，直到这个能量足以从真空中激发出新的夸克的时候，被分离的夸克就会与新夸克结合，形成新的粒子——继续保持夸克禁闭。所以，夸克与胶子都无法独立存在。
综上可见，渐近自由——揭示了夸克距离接近的情况，而夸克禁闭——则揭示了夸克距离较远的情况。
那么，结合这两种现象，我们可以想象这样的图像：
夸克之间在传递交换胶子，同时胶子之间也在发射和吸收胶子，这相当于胶子在夸克之间传递的过程中，多个胶子之间在互相“强力牵拉”。于是这就像是在夸克之间，构建了一条“弹性力线”，如果夸克之间距离接近，那么胶子数量减少，“弹性力线”就松软，即受力减小，而如果夸克之间远离，那么胶子数量增多，“弹性力线”就紧绷，即受力增大。
最后，强力除了胶子在夸克之间传递，还出现在了核力之中。
核力——是使核子（如质子、中子）组成原子核的力，属于强力，也是短程力。
事实上，核力来自于复合粒子——核子，显然核子色荷为0，不能够通过胶子来传递，于是在介子理论中，由汤川势来描述核力，即：由有质量的派介子（π介子，140MeV）来传递。
汤川势——又称Yukawa势，是日本物理学家汤川秀树，20世纪30年代在他的介子理论中提出用以描述核子之间的，短程相互作用。
但有趣的是，使用派介子来传递核力，只是一种与实验结果一致的简单近似模拟，核力的最终来源还是核子中，胶子产生的强力。因为，虽然胶子无法在核子之间传递核力，但核子中的强力过剩，残存的复合强力，通过类似范德瓦尔斯力的机制，构成了核力。
范德瓦尔斯力（Van der Waals force）——又称分子间作用力，是存在于中性分子或原子之间的一种弱碱性的电性吸引力。
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