اگر شما یک شئ روزمره را برمی‌داشتید، مثلاً یک فنجان، و از وسط نصف می‌کردید، سپس دوباره به دو نیم، و ادامه می‌دادید، در انتها به کجا می‌رسیدید؟ آیا می‌توانستید تا ابد ادامه دهید؟ یا مجموعه‌ای از اجزای سازندهٔ جدانشدنی را می‌یافتید که هر چیزی از آن‌ها ساخته شده؟ فیزیکدان‌ها اخیراً دریافته اند که آن ماده از ذرات بنیادی ساخته شده است، کوچکترین چیز در جهان هستی. ذرات با توجه به نظریه‌ای که مدل استاندارد نامیده می‌شود، با هم در تعاملند.
مدل استاندارد به طور قابل توجهی متشکل است از دنیای عجیب کوانتومی اجزای غیرقابل تقسیم و بسیار کوچک. آن همچنین نیروهایی که بر چگونگی حرکت اجزا حاکمند، تقابل می‌کنند، و به یکدیگر متصل‌اند تا به جهان اطراف ما شکل دهند، پوشش می‌دهد.
بنابراین این چطوری کار می‌کند؟
با بزرگنمایی روی تکه‌های فنجان، ما مولکول‌ها را می‌بینیم که از اتم‌های به هم پیوسته تشکیل شده. یک مولکول کوچکترین واحد هر ترکیب شیمیایی است. یک اتم کوچکترین جزء هر عنصر در جدول تناوبی است.
اما اتم کوچکترین واحد ماده نیست. پژوهشگران دریافته‌اند که هر اتم یک هستهٔ کوچک و چگال دارد، که توسط ابری از الکترون‌های حتی کوچکتر احاطه شده است. الکترون، تا جایی که ما می‌دانیم، یکی از اساسی‌ترین، اجزای تقسیم‌ناپذیر سازندهٔ جهان هستی است. این نخستین مدل استاندارد ذرات بود که تاکنون کشف شده. الکترون‌ها از طریق الکترومغناطیس به هستهٔ اتم مقید هستند. آن‌ها یکدیگر را از طریق تبادل اجزایی که فوتون نامیده می‌شوند، جذب می‌کنند. که ذره‌ای از نور هستند که نیروی الکترومغناطیسی را حمل می‌کنند. یکی از اساسی‌ترین نیرو‌های مدل استاندارد.
هسته راز‌های بیشتری برای آشکار کردن دارد، زیرا دربرگیرندهٔ پروتون‌ها و نوترون‌هاست. اگرچه زمانی گمان می‌شد که خودشان اجزای بنیادی هستند، در سال ۱۹۶۸ فیزیکدان‌ها یافتند که پروتون‌ها و نوترون‌ها در واقع متشکل از کوارک هستند، که تجزیه ناپذیرند. یک پروتون دو کوارک بالا و یک کوارک پایین را در برمی‌گیرد. یک نوترون دربرگیرندهٔ دو کوارک پایین و یک کوارک بالا است.
هسته، بواسطهٔ نیرویی قدرتمند نگه داشته شده، نیروی بنیادین دیگری از مدل استاندارد. همانطور که فوتون‌ها نیروی الکترومغناطیس را حمل می‌کنند، ذراتی به نام گلوئون نیروی قدرتمند را حمل می‌کنند. الکترون‌ها، همراه با کوارک‌های بالا و پایین، ظاهرا تمام چیزی هستد که برای ساخت اتم‌ها نیازمندیم و مادهٔ طبیعی را توصیف می‌کنند. هرچند، مطالعات با انرژی بالا آشکار می‌کنند که در حقیقت ۶ کوارک وجود دارد پایین و بالا، بیگانه و افسون، زیر و رو و هریک در جرم‌هایی متنوع موجود هستند. نتیجهٔ مشابهی برای الکترون‌ها یافت شد، که هم‌نیا‌های سنگین‌تری به نام‌های میون و تَوو دارند. چرا سه عدد و فقط سه عدد نسخهٔ متفاوت از هر یک از این ذرات وجود دارد؟ این یک راز باقی می‌ماند.
این ذرات سنگین تنها برای لحظات بسیار کوتاهی تولید می‌شوند، در تصادم‌های با انرژی زیاد، و در زندگی روزمره دیده نمی‌شوند. این به این خاطر است که آن‌ها سریعاً به اجزایی سبک‌تر فروپاشی می‌شوند.
چنین فروپاشی‌هایی تبادل ذرات حامل نیروهایی را که W و Z نامیده می‌شوند و علی‌رغم فوتون دارای جرم هستند، دربرمی‌گیرد. آن‌ها نیروی ضعیف را حمل می‌کنند، آخرین نیروی مدل استاندارد. این نیروی یکسان به پروتون‌ها و نوترون‌ها اجازه می‌دهد که به یکدیگر تبدیل شوند. یک بخش حیاطی تبادلات ادغام که خورشید را می‌راند. برای مشاهدهٔ مستقیم W و Z، به تصادم‌های با انرژی بالا نیاز داشتیم که توسط شتاب‌دهنده‌های ذرات فراهم شده‌اند،.
نوع دیگری از مدل استاندارد ذرات وجود دارد که نوترینوز نامیده می‌شود. این تنها با ذرات از طریق نیروی ضعیف به تبادل می‌پردازد. تریلیون‌ها نوترون محصول خورشید، هر ثانیه از ما می‌گذرند. اندازه‌گیری‌های مبادلات ضعیف کشف کرده که نوترینو‌های متفاوتی همراه با الکترون، موون و توو وجود دارد.
همهٔ این ذرات همچنین نمونه‌های پادماده دارند. که وظیفهٔ معکوسی دارند اما به‌طور دیگری یکسان هستند. اجزای ماده و پادماده در تصادم‌های پرانرژی به صورت جفت جفت تولید می‌شوند، و وقتی به هم می‌رسند، یکدیگر را نابود می‌کنند.
آخرین ذرهٔ مدل استاندارد بوزون هیگز است یک موج کوانتومی در پس‌زمینهٔ میدان انرژی جهان. تبادل با این میدان چگونگی به دست آوردن جرم همهٔ اجزای اساسی ماده است، مطابق با مدل استاندارد. مطالعات ATLAS بر روی برخورد‌دهندهٔ بزرگ هادرون در حال مطالعهٔ عمیق مدل استاندارد است. با اندازه‌گیری دقیق ذرات و نیروهایی که جهان را شکل می‌دهند، فیزیکدانان ATLAS می‌توانند به دنبال پاسخ برای راز‌هایی باشند که توسط مدل استاندارد تشریح نشده‌اند.
برای مثال، چگونه جاذبه تطابق می‌یابد؟ رابطهٔ حقیقی بین حمل‌کننده‌های نیرو و اجزای‌ماده چیست؟ چطور می‌توانیم مادهٔ سیاه را تفسیر کنیم؟ که اکثریت جرم جهان را تشکیل می‌دهد اما همچنان برای آن به حساب نمی‌آید؟ در‌حالی که مدل استاندارد تفسیر زیبایی از جهانِ اطراف ما ارائه می‌کند، همچنان به اندازهٔ یک دنیا اسرار باقی‌مانده تا کشف شود.
