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입자물리학의 탄생 시기를 흔히 1932년으로 단정한다. 그해초 영국의 물리학자 제임스 채드윅이 중성자를 발견했는데 이것으로 1911년 러더퍼드에 의하여 시작된 원자 구조론은 완성된 듯했고 기본 소립자는 양성자·중성자와 전자뿐인 것으로 확정된 듯했다. 그러나 그해말 미국의 칼 D. 앤더슨은 처음으로 양전자 또는 반전자라는 반입자를 발견했다.

또한 패트릭 블래킷, 주제피 오키알리니는 우주선이 고밀도의 물질을 통과할 때 양전자와 전자가 어떻게 쌍으로 생성되는가를 밝혔다. 이로써 양성자·중성자·전자만으로 기술되었던 원자 구조론은 불완전해졌고 원자구성입자의 현상들을 완벽히 설명할 수 있는 새로운 이론이 필요하게 되었다.

폴 A.디랙은 1927년 전자기장을 양자화하여 광자로 기술되는 최초의 양자장론을 만듦으로써 새로운 이론의 기초를 마련했다. 그 다음해 디랙은 아인슈타인의 특수상대성 이론과 부합되는 상대론적 전자론을 발표했다. 디랙의 이론은 전자가 스핀 양자수 1/2과 자기 모멘트를 가지고 있음을 밝혀주었을 뿐만 아니라 디랙 자신도 처음에는 깨닫지 못했지만 양전자라는 새로운 입자를 예언하고 있었다(디랙은 이것을 양성자라고 생각했음).

앤더슨에 의한 양전자의 발견은 디랙의 상대론적 전자론에 대한 이해를 명확히 해준 것이다. 그후 디랙의 이론은 확장되어 전하를 띤 입자와 광자와의 상호작용뿐만 아니라 전하를 띤 입자들 사이의 상호작용을 기술하는 양자 전기역학으로 발전되었다. 그러나 1930년대의 양자 전기역학은 기본적인 물리량, 즉 전자의 질량, 전자의 전하 등에 대한 양자 역학적 교정값을 무한대로 주는 등 문제점을 내포하고 있었다.

이 문제점들은 1940년대 후반에 미국의 J. 슈윙거, R. 파인먼, 일본의 도모나가 신이치로[朝永振一郞]에 의하여 재규격화라는 일련의 계산 방법의 도입으로 해결되었다. 이 문제가 해결되자 양자 전기역학은 여러 물리문제에 적용되어 정확한 해를 주기 시작했고 현재에도 가장 정교한 이론으로 알려져 있다.