纷繁复杂的世界，勾起了多少智者的思索？变换莫测的宇宙，引来了多少诗人的遐想？物质由什么组成？什么是物质的本原？古代的中国人提出五行学说，他们认为金、木、水、火、土是宇宙中的五种基本元素，这些元素相生相克，构造了世界的万物，推动着事物的发展。古希腊哲学家徳谟克利特认为世界是由原子组成的，原子是不可分割的最小单元。到了近代，英国化学家道尔顿重新提出原子是构成物质的最小单位的观点，他认为物质之间的化学反应不过是不同种类原子的重新组合。  

   1897年，英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆逊（Joseph John Thomson）发现了电子。电子带负电荷，质量大约是最轻的氢原子的质量的两千分之一。电子的质量如此之小，它很可能来自原子的内部，也就是说，原子并不是构成物质的最小单元，原子也有内部结构。1909 年，曼彻斯特大学的研究生马斯登用 alpha粒子束轰击非常薄的金属箔，同时用盖革计数器观测散射以后的 alpha 粒子的空间分布。结果发现实验结果与以往不一样，大约有八千分之一的 alpha 粒子发生了大角度的散射。马斯登没有忽略这看起来微不足道的八千分之一，而是认真地记录下来，并且和盖革讨论。盖革当时担任曼彻斯特大学卢瑟福教授的实验助手，马斯登用的带电粒子计数器就是他发明的。盖革感到很吃惊，于是和马斯登一起找到卢瑟福（Ernest Rutherford），向他汇报观测到的奇怪现象。卢瑟福教授也感到非常惊奇。alpha 粒子很重，大约是氢原子质量的四倍。alpha 粒子轰击金属箔时发生大角度散射，就像用一发炮弹去轰击一张报纸，结果报纸没有损坏，炮弹却被弹了回来一样，简直不可思议。但是，面对实验和传统理论的矛盾，真正的科学家将选择实验，并且迎难而上。经过两年的思考，卢瑟福提出了原子的太阳系结构模型，也称为原子的核式结构模型。   

   在卢瑟福提出的原子模型中，原子的大部分质量和所有的正电荷，都集中在原子内部一个很小的区域，形成原子核，带负电的核外电子围绕着原子核运动。当 alpha 粒子撞上原子核的时候，就会发生大角度散射，甚至被弹了回来。盖革和马斯登通过实验，定量地证实卢瑟福教授提出的原子的模型的正确性。原子的核式结构模型的提出，表明原子由带正电的原子核和带负电的核外电子构成，原子也是有结构的，原子并不是构成物质的最小单元，原子也是可以分割的。   

   1919年，卢瑟福用 alpha 粒子轰击氮原子核，结果生成了氧原子核和氢原子核，实现了人类历史上的第一次人工核反应，也发现质子，质子就是氢原子核。1932年，英国物理学家查德维克（James Chadwick）发现了中子。海森堡很快提出，除了氢原子核以外，大多数原子核都是由质子和中子组成的。同年，还发现了正电子。此后，人们陆续发现了几十种粒子，这些粒子中的绝大多数都是通过探测宇宙射线得到的。科学家们称这些粒子为“基本粒子”。   

   粒子动物园里的“基本粒子”越来越多，人们按照它们的质量大小对粒子分类。把电子、muon 子和中微子称作轻子，因为它们质量小；把质子、中子和超子称作重子，因为它们的质量比较大；把 pi 介子和 K 介子称为介子，因为它们的质量介于轻子和重子之间。   

   发现的基本粒子太多了，似乎并不是所有的粒子都是“基本的”。最早提出怀疑的，就是坂田昌一教授。坂田昌一教授从唯物辩证法的立场出发，认为物质是无限可分的，基本粒子只不过是构成自然界的有质的差异的无限个层次之一，它们也是可分的、有结构的。坂田昌一教授把质子、中子和 Lambda 超子称作基础粒子，所有的介子都是由一个基础粒子和另一个基础粒子的反粒子构成；所有的重子都是由两个基础粒子和一个反基础粒子构成。坂田昌一教授的假定能够很好地符合介子和重子的奇异数、电荷数和同位旋之间所满足的关系，但是，却不能够解释重子的质量，因为两个基础粒子和一个反基础粒子的质量总和大约是它们构成的重子质量的三倍。