Les premières particules.

Au début du XX^e s., on a mis en évidence que l'atome est formé d'un noyau entouré d'électrons de charge électrique négative, et que le noyau lui-même contient des particules, appelées protons, de charge positive et beaucoup plus pesantes que les électrons. De plus, Einstein a montré, pour expliquer l'effet photoélectrique, que la lumière elle-même est constituée de particules, appelées photons. Électrons, protons et photons étaient, jusqu'autour de 1930, considérés comme les particules de base de la matière.

Mais, en 1932, J. Chadwick a isolé un autre composant du noyau, le neutron, et C. Anderson a découvert dans les rayons cosmiques le positron, ou antiélectron de charge positive.

Les découvertes ultérieures.

Il est clair, en revanche, que ce qui se passe dans le noyau n'est pas uniquement de nature électromagnétique. La force qui retient protons et neutrons ensemble et celle qui provoque la radioactivité β ne sont pas à longue portée : elles ont été nommées respectivement interactions forte et faible.

Les rayons cosmiques ont aussi révélé l'existence de particules qui se désintègrent selon des modalités inhabituelles et qui, pour cette raison, ont été appelées particules étranges. La mise en service des accélérateurs du type synchrotron à protons et des chambres à bulles (instruments d'observation des réactions entre particules) a amené la découverte de nombreuses particules analogues, que les théoriciens ont cherché à classer avec l'aide de la théorie des groupes mathématiques. C'est cette classification qui a mené à l'idée de quark.

La théorie actuelle.

On admet aujourd'hui que toute matière est formée de particules appelées fermions, qui sont des objets quantiques. Ils agissent les uns sur les autres (attraction, répulsion, désintégration...) selon des forces (ou interactions) qui, elles-mêmes, sont transmises par d'autres particules dites bosons, chaque force possédant ses bosons spécifiques. Ainsi, selon cette classification, les mésons ou les photons sont des bosons, tandis que les électrons, les protons ou les neutrons sont des fermions.

Les connaissances actuelles de la physique des particules sont rassemblées dans une théorie dite « modèle standard ». Ce modèle met en évidence l'unité profonde de la matière, en dépit de la variété des forces qui y règnent. Il concerne trois forces (électromagnétisme, interactions fortes, interactions faibles) agissant au sein des particules. En 2012, l'identification du boson de Higgs (une particule jusqu'à présent hypothétique) dans l'accélérateur de particules LHC du Cern a permis de conforter ce modèle. Cependant, la théorie de la gravitation relève encore d'un modèle différent.