然而，這些複合粒子組成概念和一般既有原分子的圖像有一個很不一樣的地方，是基於能量尺度(質子的質量約為1.67x10^{-24} 公克，它的半徑約為 0.84 x10^{-15} 公尺)的不同，我們除了量子力學之外，還必須考慮相對論效應。綜合二十世紀物理最重要兩個礎石的理論，是所謂的量子場論(quantum field theory)。量子場論和古典物理或者非相對論量子力學最大的差異是基於相對論中質能互換和量子物理中測不準原理所衍生出粒子數不守恒的結果，使得我們直觀上以為的真空 不再是”空無一物”的虛渺。而所謂的複合粒子組成也必須考量粒子與反粒子共存的機制。量子場論對於真空的描述必須包含正負粒子對的創生與煙滅，而強子內在結構也無法再沿用少數固定夸克粒子數來描述(例如：原子物理中想像氫原子是由一個質子和一個電子所組成；或原子核的原子序反映質子數的想法對於描述強子不再適用) 。 尤有甚者，負責傳遞強作用的膠子之間存有的非線性作用對於強子整體質量(及自旋)而言，也佔有不可忽視的份量。因此在描述質子和中子的內在結構時 必須引用新的語言。

       事實上，為了要探究強子的結構，理論學家花費了很大的力氣才發展出今日所謂的量子色動力學(quantum chromodynamics)。而在這個理論被確立之前，大名鼎鼎的費曼為了解釋當時在Standford大學進行的粒子碰撞實驗(Deep Inelastic Scatterings)中觀察現象(Nobel Prize 1990)所提出的部份子模型(parton model)，正是我們目前用來描述質子與中子如何由夸克、反夸克和膠子組成的基本架構。雖然夸克這個由葛爾曼所提出的觀念在對稱性(粒子譜)上提供我們了解強子結構的起始基礎，但是目前由量子場論來探究強子的組成，特別是質量，動量及自旋等特徵，是以所謂的分佈函數(distribution function)來描述。例如一個對於質子內在結構的定量分析，必須包括上夸克(up)、下夸克(down)、反上夸克(anti-up)、反下夸克 (anti-down)以及膠子所佔的百分比，而不再只是像葛爾曼一開始所想像，質子是由兩個up夸克和一個down夸克所組成。研究質子中反up夸克和反down夸克(這些反粒子統稱為海夸克, sea quark)的部分子分佈函數（parton distribution function），是檢證量子色動力學作為標準模型中強作用理論的重要實驗。彭教授及其團隊在美國的費米實驗室透過強子與反強子對撞過程(Drell-Yan process)中高能雙緲子(di-muon)的量測(圖三) 給出了最早的海夸克分佈函數精確結果，相關的論文獲得了超過1200次的引用紀錄。

        彭教授的另一個研究重點是大亞灣微中子實驗計畫，他是計畫創始人之一，這個研究團隊的工作和1980，2008的標準模型CP (C-charge conjugation電荷共軛: 描述微觀世界中粒子和反粒子互換的對稱性，P-parity宇稱: 描述微觀物理定律在空間指向反轉的不變性)破壞及2015年的微中子振盪諾貝爾得獎工作有關。我們在量子物理學到一個重要的觀念是：給定物理系統的能量特徵態，其隨時間演化係由與能量特徵值有關的相因子決定。任意的物理態演化則由組成此物理態的特徵態各自演化所產生的干涉樣態決定。一個最常被探討的例子 如雙狹縫實驗。由於粒子交互作用的關係，一個處於隔絕狀態的自由粒子和有交互作用情況的物理態，一般而言並不相同。所以一旦製備了自由粒子的初態，由於交互作用的影響，在隨時間演化的過程中很自然地會成為不同角色的疊加態。這是在基本粒子世界中我們所謂的粒子混合(particle mixing)現象。

       在標準模型的理論中，夸克混合現象由著名的CKM矩陣(Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrix, 圖五) 描述。它不但提供了粒子混合的資訊，更為精妙的是在有三代夸克的前提下，我們可以透過這個矩陣中的相角(complex phase)提供最簡易的CP 破壞機制，由此或可探究宇宙中物質與反物質的不對稱緣由。目前透過高能實驗對於K介子及B介子混合現象的量測都提供了我們對於基本對稱CP破缺的重要證據。在標準模型的架構裡，輕子(除卻沒有參與強作用的特徵之外) 和夸克像是兩個彼此對應的陣營，從理論的角度看來 似乎也應有混合的可能(圖六)。然而目前我們對於輕子家族的微中子質量起源及其相應的粒子混合物理機制還有待釐清，這也正是世界少數幾個專注於微中子測量的大型實驗團隊迫切想要了解的謎團。大亞灣的實驗結果，正是提出了第一和第三代微中子混合角的確切量測。因為這個重要成就，彭教授所參與的團隊以及其他四個微中子實驗群組共同獲頒2016 Breakthrough in Fundamental Physics獎。