能量與動量守恆（conservation of energy and momentum）

把一顆撞球滾向另一顆，第二顆會彈射出去，而第一顆慢了下來。沒有任何東西被創造或毀滅：運動的「勁頭」只是從一顆球交到了另一顆球。有兩個記帳量刻畫了這件事。能量大致是指讓事情發生的總本領——也包括鎖在質量裡的能量。動量是質量乘以速度，是對運動的一種度量，而且帶有方向。在任何封閉系統裡，這兩個總量都保持不變：碰撞前你加出來多少，碰撞後還是多少。

在粒子物理裡，這兩條規則合二為一，並被絕對嚴格地執行。當粒子相撞，或一個重粒子衰變時，進來的所有東西的總能量和總動量，必須等於出去的所有東西的總和——而這裡的相加要遵從愛因斯坦的相對論，質量本身透過 E = mc^2 也算作一種能量。所以一個靜止的重粒子可以衰變成幾個飛散開來的較輕粒子：原本的質能被分攤成產物的運動能量和質量，而產物的動量始終相加為零（因為母粒子原本沒在動）。

這些守恆律不是可有可無的附加項；正是它們決定了一次衰變或碰撞究竟能不能發生。一個粒子只能衰變成靜質量之和比它自己更輕的產物——否則能量不夠，衰變就被禁止。實驗者無時無刻不在依靠這一點：透過測量碰撞中可見碎片的能量和動量，再要求帳目對得上，他們就能推斷出有一個看不見的粒子（比如微中子）逃逸了，甚至估算出它的能量。借助諾特定理，能量和動量守恆來自一個事實：物理規律在每一個時刻、每一個地點都是相同的。