DEN SUBATOMÆRE VERDEN
Partiklene før akseleratorene
I midten av 1930-åra trodde man at forståelsen av den fundamentale struktruen til materien var omtrent komplett. Noen tiår før hadde Rutherford vist at atomer har en liten, men massiv atomkjerne. Kvanteteorien hadde økt forståelsen for atomske spektre og elektron-baner. Oppdagelsen av nøytronet hadde forklart kjemiske isotoper. Så, protoner, nøytroner, og elektroner var byggestenene for all materie. Imidlertid, noen gåter sto igjen:
Hva holder protonene og nøytronene sammen for å forme en atomkjerne?
Hvilke krefter er involvert i radioaktive henfall av kjerner som utstråler alfa-, beta- og gammastråling?
Bruk av akseleratorer
For å studere atomkjernen og vekselvirkningen til nøytronene og protonene som former den, trengte fysikerne et redskap som kunne måle inni den lille atomkjernen, slik som tidligere spredningseksperimenter kunne måle inni atomet. Akseleratoren er et redskap som gir fysikere muligheten til å løse opp de veldig små strukturene ved å produsere partikler med veldig høy bevegelsesmengde og derfor kort bølgelengde. Bølgelengden (
) til den tilhørende bølgen er invers proporsjonal til bevegelsesmengden (p) til partikkelen (= h/p, der h er Plancks konstant).
Partikkeleksperimenter utforsker kollisjoner av høyenergetiske partikler produsert i akseleratorer. I nyere eksperimenter, store detektorer med mange forskjellige lag omkranser kollisjonspunktet. Hvert detektorlag har en egen funksjon i å følge partikkelbanene og i å identifisere hver enkel av alle de partiklene som blir produsert i en kollisjon.
Partikkeleksplosjonen
Til stor overaskelse for fysikerne, avslørte eksperimenter med akseleratorer at omfanget av partikler var veldig stort. Mange partikler som liknet på protoner og nøytroner (kalt baryoner) - og en helt ny familie av partikler kalt mesoner - ble oppdaget. Tidlig i 1960 åra var hundrevis av partikler oppdaget, og fysikerne hadde fortsatt ingen full forståelse for de fundamentale kreftene i naturen.
Forslaget med kvarker
I 1964 kom to fysikere - Murray Gell-Mann og George Zweig - uavhengig av hverandre på en ide som skulle vise seg å bli et gjennombrudd innen partikkelfysikk. De foreslo at nøytroner og protoner og alle de nye partiklene kunne bli forklart ved hjelp av noen få typer av enda mindre objekter som Gell-Mann kalte kvarker. De kunne forklare alle de 
observerte baryonene og mesonene med kun tre typer kvarker (nå kjent som opp, ned, and sær) og deres antikvarker. Det revolusjonerende i deres ide var at de måtte la kvarkene ha elektriske ladninger av 2/3 og -1/3 (i enheter av protonladningen). Slike ladninger hadde aldri blitt observert!
Antikvarker er antimateriepartiklene til kvarkene; de har de samme massene men motsatt fortegn på ladningene til de korresponderende kvarkene. Hvis en kvark møter en antikvark, vil de annihilere. Det vil si at begge forsvinner og energien går over i en annen form.
Standardmodellen
Nesten tredve år, og mange eksperimenter senere ble kvarkmodellen bekreftet. Den er nå en del av Standardmodellen for Fundamentale Partikler og Vekselvirkninger. Nye oppdagelser har vist at det er seks typer kvarker (som ble gitt de rare navnene opp, ned, sær, sjarm, bunn og topp, ordnet etter økende masse). Det er også seks typer partikler, inkludert elektronet, som kalles leptoner. Standardmodellen beskriver også de sterke, svake og elektromagnetiske vekselvirkningene til kvarker og leptoner, og forklarer derfor mønstrene til binding og henfall av atomkjerner.
Partiklene består av kvarker
Grunnen til at elektriske ladninger i form av brøker ikke har blitt observert, er at kvarkene aldri har blitt funnet alene, men er alltid sammenbundet i partikler som kalles hadroner. Det er to klasser av hadroner: baryoner, som består av tre kvarker, og mesoner, som består av en kvark og en antikvark. Noen eksempler på alle de kjente partiklene finnes på oversikten over Standardmodellen. Partikler bestående av de fem første kvarktypene har blitt produsert og studert ved hjelp av akseleratorer. Toppkvarken er så tung at det tok mange år og veldig høyenergetiske akseleratorer for å produsere dem. Toppkvarken ble til slutt oppdaget i april 1995 ved Fermilab.
Leptonene
I motsetning til kvarkene, kan alle de seks leptonene bli funnet alene. Elektronet er det mest kjente leptonet. To andre ladde leptoner, myonet (oppdaget i 1936) og tau (oppdaget i 1975), skiller seg fra elektronet 
kun ved at de er tyngre. 
De andre tre leptonene er flyktige partikler kalt nøytrinoer. Disse har ingen elektrisk ladning og veldig liten, hvis noen, masse. En type nøytrino korresponderer til hver type 
av de elektrisk ladde leptonene. For hver av de seks leptonene er det et antilepton med lik masse og motsatt fortegn på ladningene.
Krefter og vekselvirkninger
Nå vet vi om naturens byggestener, men vi må også spørre: Hva holder dem sammen? Alle krefter kommer av de underliggende vekselvirkningene til partiklene. Vekslevirkninger kommer i fire typer: gravitasjon, elektromagnetisk, sterk og svak. Gravitasjon er kanskje den mest kjente kraften, men den er ikke inkludert i Standardmodellen fordi effektene er små når det gjelder partikkelprosesser. Dessuten har fysikere ennå ikke funnet ut hvordan de kan inkludere den i modellen.
Elektromagnetiske krefter er vi også kjent med; de er ansvarlige for binding av elektroner til atomkjernen slik at vi får elektrisk nøytrale atomer. Atomer kombineres for å lage molekyler eller krystaller ved hjelp av de elektromagnetiske effektene til de ladde komponentene. 
De fleste kreftene i hverdagslivet, som at gulvet bærer oss (atomene er jo egentlig nesten bare tomrom) og friksjon, er på grunn av at de elektromagnetiske kreftene i materien motsetter seg forskyvning av atomer eller elektroner fra likevektsstillingene i materialet.
I partikkelprosesser er krefter beskrevet som vekselvirkning av partikler; for hver type kraft er det en tilhørende formidlingspartikkel. Formidlingspartikkelen til den elektromagnetiske kraften er fotonet; gammastråling er navnet som er gitt et foton fra en kjernereaksjon.
For avstander som er mye større enn størrelsen til en atomkjerne, har de to gjenstående kreftene liten betydning -- så vi merker dem ikke i hverdagen. Men likevel - vi er avhengige av dem for eksistensen av alt stoff som verden er laget av, og alle henfallsprosessene som gjør at noen typer av materie er ustabile.
Den sterke kraften holder kvarker sammen til å forme hadroner. Formidlingspartikkelene kalles gluoner fordi de limer (eng. glue) sammen kvarkene. Bindingen av protoner og nøytroner for å forme atomkjerner er en avledet sterk vekselvirkning på grunn av de sterkt vekselvirkende kvarkene og gluonene. Leptoner har ingen sterk vekselvirkning.
Svake vekselvirkninger er de eneste prosessene der en kvark kan forandres til en annen type (smak) kvark, eller et lepton til et annet lepton. 
De er ansvarlige for at alle de mer massive kvarkene og leptonene henfaller til lettere kvarker og leptoner. Dette er grunnen til at stabil materie rundt oss bare inneholder elektroner og de to letteste typene kvarker (opp og ned). Formidlingspartikkelen til de svake vekselvirkningene er W og Z bosonene. Beta-henfall til kjerner var den første svake prosessen som ble observert: i en kjerne der det er nok energi går et nøytron over til å bli et proton pluss et elektron og et antielektron-nøytrino. Dette henfallet endrer atomtallet på kjernen. Elektronet som blir skutt ut kalles betastråling.
Nå har vi forklart beta- og gammastråling; hva med alfa? Alfapartikkelen er en heliumkjerne - ett av produktene fra en fisjonsprosess. Fisjon er spalting av massive atomkjerner til mindre kjerner. Det inntreffer når summen av massene til de små kjernene er mindre enn massen til den opprinnelige kjernen. Dette er en effekt fra den avledede sterke vekselvirkningen.
Hvilke spørsmål gjenstår?
Standardmodellen svarer på mange av spørsmålene om strukturen og stabiliteten til materie med seks typer kvarker, seks leptoner og fire krefter.
Men Standardmodellen lar mange andre spørsmål stå igjen: Hvorfor er det tre typer kvarker og leptoner av hver ladning (tre generasjoner)? Er det noe mønster i størrelsen på massene? Er det flere typer partikler og krefter som venter på å bli oppdaget med akseleratorer ved enda høyere energier? Er kvarkene og leptonene egentlig fundamentale, eller har de også en struktur? Hvordan kan gravitasjon bli inkludert? Hvilke partikler består den mørke materien i universet av?
Spørsmål som disse driver partikkelfysikere til å bygge og kjøre nye akseleratorer, slik at kollisjoner med høyere energi kan komme med hint om svarene.