宇宙是个既复杂又难以理解的地方。我们在空气中行动自如，但却没办法穿墙而过；太阳将一种元素转变成另一种元素，让地球沐浴在温暖和光亮之中；无线电波可以将人类的声音从月球表面送往地球，伽马射线可能对我们的DNA造成无法复原的损害。表面上看，这些现象之间似乎互不相干，但是物理学家发现了若干原理，再整合成极度简洁的理论，能够解释包含这些在内的许多现象，这便是量子物理学的标准模型。
　　标准模型是史上发展得最成功的一项理论。本质上，这个模型假设无法再加以分割的物质粒子有两种，分别是夸克和轻子。不同种类的夸克构成了质子和中子，最常见的轻子则是电子。适当比例的夸克和轻子可构成各种原子，再进一步构成宇宙中的各种物质。这些构成物质的粒子由四种力结合在一起，分别是大众相当熟悉的重力和电磁力，以及较不熟悉的强核力及弱核力。
　　在标准模型中，有一个谜团一直吸引着物理学家的注意。标准模型把夸克和轻子视为不可分割的粒子，但令人惊讶的是，许多迹象显示它们可能是由更小的粒子构成。如果夸克和轻子不是最基本的粒子，而且更小的粒子确实存在，我们势必得大幅修改我们的理论。
　　要解决这个问题，必须让粒子以极高的能量相撞。从20世纪70年代开始观察夸克以来，我们一直缺乏能够一窥夸克内部的工具。但现在，欧洲核子研究中心的LHC正在加速运转，将协助我们完成这项任务。目前，LHC已经发现重要的证据，证明希格斯粒子确实存在。
　　夸克和轻子具有内部结构的初步线索，来自探讨另一个未解难题时的研究，这个难题与已知的各种夸克及轻子的数目有关。质子和中子由上夸克和下夸克这两种夸克构成，而且只要有这两种夸克和电子，就足以构成宇宙中的所有物质。然而，我们仍然观察到有其他夸克的存在。奇夸克的电荷和下夸克相同，但质量较大，底夸克的质量则比奇夸克更大。同样，魅夸克的质量大于上夸克，而质量特大的顶夸克则是夸克家族的最后一个成员。
　　电子也有质量较大但较不稳定的表亲，分别是缈子和质量更大的涛子，其拥有的电荷与电子相同。目前已知的粒子中共有三种微中子，这三种微中子的质量极小，而且都是电中性。
　　粒子家族如此枝繁叶茂，物理学家自然有了一个疑问：既然只需要上夸克、下夸克和电子就能构成整个宇宙，它们为什么还有那么多表亲？
　　科学家着手破解粒子家族成员众多之谜的方法之一是画出表格，说明各种已知基本粒子的特性，方法类似元素周期表。夸克和轻子表共有三行，称为三个“世代”。最左边的第一代包括上、下夸克以及电子和电子微中子，也就是构成我们熟知宇宙的所有粒子。第二代包括前一代粒子质量较大的“表亲”，第三代则是质量最大的“表亲”。这个表的模式与化学周期表如出一辙，让人联想到世代间的差异可能源自夸克和轻子内部组成单位的组态不同。
　　在20世纪初，还有一件可能与寻找夸克内部结构有关的历史事件，那就是发现放射性衰变：一种元素经由当时还不了解的某种过程，变化成另一种元素。现在我们知道，改变原子核中质子和中子的数目，就可能达成中世纪炼金术士的目标，将不值钱的铅变成黄金。可能发生的变化其实范围更大，因为只要改变内部的组成夸克种类，核子炼金术甚至能将中子变成质子。这种变化是通过弱核力进行的。弱核力也可改变轻子，但夸克不可能变成轻子，反之亦然。一种元素能够转变成另一种元素，代表原子内部有复杂的活动。夸克和轻子的变化可能也告诉我们，这些粒子内部具有更微小的结构……