1893年，汤姆孙（J. J. Tomson）发现，原子包含许多更小的物质粒子；这就是带负电的电子。二十多年后，罗瑟福（E. Rutherford）发现，原子的大部分质量集中在一个带正电的致密核心上，它隐藏在原子的电子云深处。

接着又发现，原子核本身也由更小的粒子——带正电的质子和不带电的中子所构成。尔后物理学家将注意力转向这些更小的粒子，随即明白它们也是可分的，是由称为夸克的微粒构成。“夸克”一词取自乔伊斯（J. Joyce）的《芬尼根的彻夜祭》一书，由美国理论物理学家盖尔曼（M. Gell-Mann）用以命名质子、中子等的构成粒子，这要追溯到1964年他主张夸克存在的那件事情了。

原子很小，几百万个逐个地挨着排列，也只有几吋长。原子核更微小。如果能把原子放大到足球场那么大的尺寸，原子核也才只一粒砂那么大。所以，尽管我们周围的物体看来结结实实，但原子内实际是空荡荡的。夸克还要小，可是至今无人知道它小到如何程度。现在物理学家所能告知的就只是，夸克和电子的行为宛如一些实点：它们塞满所占空间区域，没有内部结构。

物理学家怎么能观测到如此小的细节？答案可到诸如（大型电子－正电子对撞机）那样的大机器里去找。表观上出现佯谬的缘由并不太难于理解。人们看到物体是借助于光，光从物体反射回眼睛。但借助于X射线，能透视在通常光中看来是结实的物体。与此类似，物理学家用亚原子粒子束（通常为电子束或质子束）穿透原子内部；并且，若把粒子束加速，其能量越高，则探测到的细节就越细微。电子的质量只有质子质量的1/2000。但在LEP内，电子被加速到能为质子静能的60倍。这便使LEP得以搜索出质子直径的1/1000那么小距离上的细节。

夸克实际存在的直接证据，是由加利福尼亚的斯坦福直线加速器实验室（SLAC）进行的一些实验提供的，该实验室有一台3公里长的机器，它使加速电子射到液氢“靶”内的质子上。六十年代后期，这类实验开始显示，电子会猛烈地从质子上弹回。此发现与把质子看作一种糊状实体的设想不相符合。的确，此发现暗示质子包含一些细微的硬粒。之后不久，CERN（欧洲核子研究中心）的类似实验也显示这种硬粒的行为正像所预言的夸克。

如今物理学家知道，可能有六种夸克。其中，在质子和中子里“露面”的只有两种，称为“上夸克”和“下夸克”（如此命名出于数学原因）。另外四种夸克较重，它们在较重的短寿命粒子（这些粒子会在某些物理学实验中产生，但瞬息即逝）里扮演角色，分别称为“奇夸克”（因为由它们构成的粒子，其行为初看起来颇奇异）、“粲夸克”（因为预言它存在的研究工作恰如粲然美妙的一幕，从而解决了理论物理中不少问题）、“顶夸克”和“底夸克”（这两种夸克的命名缘起与“上夸克”“下夸克”相似）。

这六种夸克看来是成对关联的。上夸克和下夸克最轻，奇夸克和粲夸克次之，最重的是顶夸克和底夸克。用粒子物理学家的语言来说，夸克“家族”随质量递增，形成三“代”只有第一代（上夸克和下夸克）才在日常世界的普通物质中“露面”。

然而，电子的情况怎样呢？实验也已搜索到电子的较重的短寿命变体，称之为μ子和τ子。此外，还有某些难以捉摸的中性粒子，称之为“中微子”；它们跟电子相似，但不带电荷，只有很小的质量或质量为零。显然，共有三种中微子，分别与电子、μ子和τ子相对应。电子、μ子、τ子及三种中微子合起来形成一个区别于夸克家族的粒子家族，即所谓“轻子家族”。与夸克一样，轻子看来也有三“代”，一代比一代重。

把夸克和轻子结合起来构成日常世界的物质，还需要某种东西——力，借此粒子间相互发生作用。物理学家认识到四种基本力：引力、电磁力、弱力和强力，后两种只在原子核范围里起作用。

在比LEP小的机器上的探索已表明，理论物理学家依靠一种称作“标准模型”的理论已能认识物质了，该理论用以描述一些亚原子粒子的基本集合以及上述四种基本力。

但LEP已经披露某些为标准模型所不能解释的问题。该机器显示，夸克和轻子不可能多于我们所认识到的三代。目前理论物理学家要求改善探索粒子世界的装备工具，用于寻找为什么我们的宇宙不存在更多代的粒子的答案；而LEP机上工作的实验物理学家的任务在于进行能引向正确理论的观察测量。所谓正确的理论，是要不仅可包容所有的夸克和轻子，而且可包容所有的作用力（引力也在内）。

[International Herald Tribune，1989年11月13日]