你一定想知道你周圍的物體是在什麼基礎上構成的。 你可以通過將它分成更小的塊，然後將一塊塊分成更小的塊來解決問題，依此類推，直到你再也不能分割它為止。當你達到分割極限時，這將是你能夠達到的“基本”的最佳近似值。
在19世紀的大部分時間裡，我們認為原子是最“基本”的; 希臘詞本身，ἄτομος，字面意思是“不可分割的”。 今天，我們知道原子可以分裂成原子核和電子，雖然我們不能分裂電子，但原子核可以分解成質子和中子，可以進一步細分為夸克和膠子。 許多人都想知道，這些粒子是否有一天會被進一步分裂，這些微觀粒子能無窮分裂下去麼？
一種五苯分子，由IBM用原子力顯微鏡和單原子分辨率成像。這是第一張單原子圖像。
上面你看到的圖片確實很了不起：它是一幅單個原子的圖像，以特定的配置排列，採用一種與舊式照片沒有區別的技術拍攝。照片的工作方式是，特定波長或一組波長的光被髮送到物體上，其中一些光波不受阻礙地通過，而其他光波則被反射，通過測量未受影響的光或反射的光，您可以構造對象的負圖像或正面圖像。
所有這些都取決於攝影師利用光的一個特殊屬性，即光的波屬性。所有波都具有波長或特徵長度尺度。 只要您嘗試成像的對象大於您正在使用的光波的波長，您就可以拍攝該對象的圖像。
（上圖說明：對應於電磁頻譜各部分的大小、波長和溫度/能量標度。為了探測最小的尺度，你必須使用更高的能量和更短的波長。）
這就給了我們很大的控制權，讓我們可以選擇如何查看一個特定的物體：我們需要選擇一個成像波長，使我們能夠獲得我們想要查看物體的高質量分辨率，但選擇的波長不能太短，太短的波長會對查看的對象造成損壞或徹底破壞它。因為，物質的波長越短，其能量越高。
波長的選擇，有助於解釋如下現象：
- 我們需要相對較大的天線來接收無線電波，因為無線廣播的波長較長，而您需要一個相對較大的天線來與該信號交互。
- 為什麼你的微波爐門上有透明的玻璃窗口洞，這樣長波長的微波光就可以被反射並留在裡面，但是短波長的可見光可以出來，讓你看到微波爐裡面的情況，
- 為什麼太空中的微小塵埃顆粒在阻擋短波長（藍色）光方面表現出色，在長波（紅色）光方面表現不佳，在阻擋甚至更長波長（紅外線）光方面表現尤其不佳。
（上圖說明：同一物體的可見光（L）和紅外（R）波長視圖：創造的支柱。注意氣體和塵埃對紅外輻射的透明度有多高，以及這對我們可以探測到的背景和內部恆星的影響。）
當涉及到所有尺度上的成像對象時，選擇用光子或者光量子，這是一個很好的方法。所以，如果你想構建某物的圖像，為什麼不使用光呢？
事實上，在構建圖像時，物理學並不關心你是否選擇光子還是光量子作為成像粒子。所有物理學關心的都是波長。如果選擇一個光量子，那就是光子波長。但是如果是一個區別於光量子的粒子，像一個電子，你仍然會得到一個與你的能量相關的波長：德布羅意波長。實際上，無論你選擇使用光波還是物質波都是無關緊要的，最重要的是波長。這就是我們如何探測物質，確定物體的大小，構建任意尺度的物質圖像的技術。
（上圖說明：碳納米管和石墨烯等納米材料不僅從科學或工業角度有趣，有時還能形成美麗的結構，在電子顯微鏡下，它們可以揭示出一個迷人的納米世界的一瞥。展出的結構為千分之一毫米大，由數千個納米粒子組成。電子是成像這些納米到微米尺度結構的首選方法。）
當科學家們第一次發現物質的這一特性時，他們感到非常驚訝，他們對所看到的東西感到困惑和震驚。如果你通過勢壘的縫隙發射電子，它會在另一面的一小堆中出現。如果你在第一個裂縫附近切第二個裂縫，你不會得到兩個樁柱，相反，你會得到一個干涉圖案，看上去感覺電子真的像波一樣運動。
當人們試圖控制電子，一次一個地向這兩個狹縫發射時，事情變得更加奇怪了。他們通過實驗記錄電子一次落在裂縫後面的屏幕上的位置。當你一個接一個地發射更多的電子時，同樣的干涉圖樣開始出現。電子不僅表現為波，而且每一個都表現得好像它可以干擾自己。
（上圖說明：不僅光子，電子也能表現出波的特性。它們可以像光一樣被用來構建圖像，但是它們也可以像任何物質粒子一樣被用來探測你與之碰撞的任何粒子的結構或大小。）
成像粒子能量越高，你能查看到的結構的尺寸就越小。如果你能提高電子（或光子、質子或其他東西）的能量，成像波長越短，獲得圖像的分辨率越高。如果你能精確測量非基本粒子分裂的時間，你就可以確定能量閾值，因此也可以確定它的大小。
這項技術運用，使我們能夠確定如下科學事實：
- 原子不是不可分割的，而是由電子和原子核組成的，它們的結合尺寸為10負10次方米。
- 原子核可以分裂成質子和中子，每個質子和中子的大小約為10負15次方米。
- 電子、夸克或膠子尺寸大約為10負19次方米。用高能粒子轟擊電子、夸克或膠子時，它們並沒有顯示出內部結構的跡象。
（上圖說明：複合粒子和基本粒子的大小，其中可能較小的粒子位於已知的內部。隨著大型強子對撞機的出現，我們現在可以將夸克和電子的最小尺寸限制在10負19次方米，但我們不知道它們到底有多遠，也不知道它們到底是點狀的，是有限的，還是實際上是複合粒子。）
今天，我們相信，根據我們的測量，每一個標準模型粒子都是基本的，至少在10負19次米的範圍內。
我們相信，基本原理應該意味著粒子是絕對不可分割的：它不能分解成組成它的更小的實體。簡單地說，我們不應該把它打開。根據我們最好的粒子物理理論，所有已知的粒子標準模型：
- 六種夸克和六種反夸克，
- 三個充電輕子和三個反輕子，
- 三個中微子和反中微子，
- 八個膠子，
- 光子，
- W和Z玻色子，
- 希格斯玻色子，
就目前的粒子物理理論，以上這些粒子標準模型預期是不可分割的、基本的和點狀的。
（上圖說明：標準模型的粒子和反粒子現在都被直接探測到了，最後一個“支撐物”，希格斯玻色子，在本世紀早些時候落在了大型強子對撞機上。所有這些粒子都可以在強子對撞機的能量下產生，而粒子的質量導致了基本常數，這對於全面描述它們是絕對必要的。這些粒子可以很好地用標準模型下量子場理論的物理學來描述，但它們並不描述一切，如像暗物質。）
但問題是：我們不知道這是真的。當然，標準模型說事物就是這樣的，但是我們知道標準模型並不能給我們所有事情的最終答案。事實上，我們知道，在某種意義來說上，標準模型必然被打破，並且是錯誤的，因為它沒有考慮引力、暗物質、暗能量，而往往這些才是宇宙中物質的主體。
自然界必須比這更多的東西。標準模型中粒子，是我們認知範圍內基本的、點狀的、不可分割的粒子，而客觀實際上不是。也許，如果我們達到足夠高的能量和足夠小的波長，在我們當前的能量尺度和普朗克能量尺度之間，我們將能夠看到更多的東西，實際上宇宙擁有的比我們目前知道的更多。
（上圖說明：我們在宇宙中與之交互的物體範圍從非常大的宇宙尺度到大約10負19次方米，最新的記錄是由大型強子對撞機創下的。熱大爆炸達到的尺度（在大小）和上升（能量）有很長的路要走，這僅比普朗克能量低約1000倍。如果標準模型粒子在性質上是複合的，則更高的能量探針可能會揭示出這一點，但"基本"必須是當今共識。）
當涉及到自然界的基本粒子時，這種將粒子相互粉碎的技術是我們研究它們的最佳工具。事實上，這些基本粒子迄今為止都沒有被分割，沒有顯示出內部結構，也沒有給我們提示它們的尺寸是有限的，這是我們迄今為止關於它們的性質的最好證據。
但是，我們的好奇心不會簡單地滿足於我們目前設定的限制。如果我們停止在原子，我們永遠不會發現存在於原子內的量子秘密。如果我們停止在質子和中子，我們就永遠不會發現填充宇宙的正常物質的基本結構。如果我們停這裡，使用標準模型，誰知道我們會錯過什麼？
（上圖說明：擬建的未來環形對撞機（FCC）的規模，與歐洲核子研究中心（CERN）和Tevatron（以前在費米實驗室運營）的LHC相比。未來環形對撞機研究目標是輕子和質子。）
科學不是一知半解的事業，事業只要實驗答案，然後去實踐。而科學不同，科學是有關於發現；科學是探索我們以前從未看過的地方，找出不確定性的面紗背後隱藏著什麼。
探索
我們知道如何進入下一個新的水平。我們知道如何去到下一個數量級和下一個能量和大小的有效數字。我們今天所理解的宇宙真的存在於那裡嗎？不知道。除非我們發現了大自然關於真正根本的最後秘密，否則我們不能讓自己停止探索。
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