اين عناصر در محدوده ي هيدروژن (به عنوان سبك ترين) و اورانيوم و عناصر

فراتر از آن قرار دارند. هر عنصر از واحدهاي ساختماني – اتم ها – كه براي

هر كدام منحصر به فرد مي باشد، تشكيل شده و اتم هاي گوناگون، مي توانند

با هم تركيب شوند و تنوع بي شماري تركيبات، از ماده ي ساده اي مانند آب

گرفته تا مواد پيچيده اي مانند پروتئين ها را به وجود بياورند. با اين حال، چنانچه

دانشمندان در اواخر سده ي نوزدهم كشف كردند، اتم ها ساده ترين واحد

هاي سازنده ي ماده نيستند. ما امروزه مي دانيم كه بيشتر جرم اتم در يك

هسته ي كوچك، چگال و با بار مثبت متمركز شده است. ابر كوچكي از الكترون

ها ي با بار منفي هسته را از فاصله اي دور احاطه كرده اند و بنابراين بيشتر

فضاي اتم را فضاي خالي تشكيل مي دهد. در بيشتر اتم ها ، هسته حاوي

دو نوع ذره با جرم تقريبا برابر است: پروتون هاي با بار مثبت و نوترون هاي

بدون بار الكتريكي. براي خنثي نگه داشتن كل اتم، تعداد پروتون ها دقيقا

با تعداد الكترون ها برابري مي كند. در ١٨٩٠، دو فيزيكدان به طور جداگانه،

شروع به كاوش در فضاي داخل اتم نمودند. اولي، جوزف (‘J.J.’) تامسون

نخستين ذره ي زير اتمي – الكترون - را كشف كرد كه در همين حين، يكي

از شاگردان او به نام ارنست رادرفورد، آغاز به كاوش در پديده ي جديد

راديواكتيويته، كه در آن اتم از يك نوع به نوعي ديگر تبديل مي شد نمود. اين

كاوش ها سرانجام به كشف هسته ي اتم، در همكاري با هانس گايگر

( كه با شمارگر راديواكتيويته ي گايگر مشهور است) و ارنست مارسدن در

١٩١٠-١٩٠٩ منتهي گرديد. سپس رادرفورد دريافت كه ذرات با بار مثبت موجود

در هسته ي اتم، با هسته ي هيدروژن يكسان اند. او اين ذرات را پروتون ناميد.

و در ١٩٣٢، جيمز چادويك نشان داد كه هسته ها بايد شامل نوترون ها هم باشند.

از آن زمان به بعد بود كه رادرفورد و همكاران او، تصوير نوين اتم را بنا نهادند. اين

تنها شروع ماجرا بود. الكترون، پروتون و نوترون اعضاي پيش قراول رژه ي باشكوه

ذرات زير اتمي بودند. در خلال دهه هاي ١٩٣٠و ٤٠، بسياري از فيزيكدانان به

مطالعه ي تابش كيهاني – بارش مداوم ذرات زير اتمي پر انرژي كه از فضا نشات

مي گرفتند – پرداختند. برخورد هاي تابش هاي كيهاني پر انرژي با ذرات جو زمين،

موجب واپاشي هاي هسته اي مي شود كه آنها موجب توليد انواع جديدي از ذرات

كوتاه عمر مي شوندكه تنها از طريق رد هاي بجا مانده در آشكارسازهاي حساس

قابل مشاهده اند. از جمله ي اين ذرات مي توان از موئون كه كاملا شبيه الكترون

رفتار مي كند اما ٢١٠ بار از آن سنگين تر است؛ پيون كه تنها اندكي از موئون سنگين

تر است؛ كائون با جرمي اندكي بيش از نصف جرم پروتون؛ و لامبدا داراي جرمي %٢٠

بيش از پروتون نام برد.