1911年，一位名叫C.T.R.威爾遜的英國科學家經常爬到本尼維斯山頂去研究雲層的構造。這座山位於蘇格蘭，以潮濕聞名。他突然想到，肯定還有一種比較簡單的辦法。回到劍橋大學的卡文迪許實驗室以後，他建起了一個人工雲室--一種簡單的裝置，他在裡面可以冷卻和濕潤空氣，在實驗室現有的條件下創建一個說得過去的雲層模型。
那個裝置運轉良好，而且還有個意料之外的好處。當威爾遜使一個α粒子加速通過雲室製造人工雲團的時候，它留下一條明顯的軌跡--很像一架飛過的飛機留下的凝跡。他剛剛發明了粒子探測儀，提供了令人信服的證據，證明亞原子粒子確實存在。
最後，卡文迪許實驗室的另外兩位科學家發明了功率更大的質子束裝置，歐內斯特·勞倫斯在加州大學伯克利分校造出了著名的回旋加速器，或稱原子粉碎器，這類設備在很長時間裡就是這麼稱呼的。所有這些新發明的原理大體相同，無論是過去還是現在，即，將一個質子或別的帶電粒子沿著一條軌道（有時是環形的，有時是直線的）加速到極快的速度，然後砰地撞向另一粒子，看看撞飛了什麼。所以，它被稱之為原子粉碎器。嚴格來說，這算不上是科學，但一般來說是很管用的。
隨著物理學家建造越來越大、越來越雄心勃勃的機器，他們開始或推斷出似乎永無窮盡的粒子或粒子族：π介子、μ介子、超子、介子、K介子、希格斯玻色子、中間矢量玻色子、重子、超光速粒子。連物理學家都開始覺得不大舒服。"年輕人，"當有個學生問恩里科·費米某個粒子的名字的時候，他回答說，"要是我記得清這些粒子的名字，那我就成了植物學家了。"
今天，加速器的名字聽上去有點像是弗萊什·戈登用於打仗的武器：超級質子同步加速器呀，大型正負電子對撞機呀，大型強子對撞機呀，相對論性重離子對撞機呀。使用的能量是如此之大（有的只能在夜間操作，這樣，設備點火時鄰近城鎮的居民才不至於注意到自己的燈光暗淡下去），它們可以把粒子激活到這樣的狀態：一個電子在不到1秒的時間裡能沿著7公里長的隧道擊打47000圈。人們擔心，科學家們在頭腦發熱的時候會在無意之中創建一個黑洞，甚至所謂的"奇異夸克"。從理論上說，這些粒子可以與別的亞原子粒子相互作用，產生連鎖反應，完全失去控制。要是你現在還活著在看這本書的話，說明那種情況沒有發生。
尋找粒子需要集中一定精力。粒子不但個兒很小，速度很快，而且轉瞬即逝。粒子可以在短達0.000 000 000 000 000 000 000 001秒(10－24秒)時間裡出現和消失。連最缺乏活力的不穩定的粒子，存在的時間也不超過0.000 000 1秒(10－7秒)。
有的粒子幾乎捕捉不到。每一秒鐘，就有1萬億億億個微小的、幾乎沒有質量的中微子抵達地球（大多數是太陽的熱核反應輻射出的），實際上徑直穿過這顆行星以及上面的一切東西，包括你和我，就彷彿地球並不存在。為了捕捉幾個粒子，科學家們需要在地下室（通常是廢礦井裡），用容器盛放多達57000立方米重水（即含氘相對豐富的水），因為這種地方受不到其他類型輻射的干擾。
在非常偶然的情況下，一個經過的中微子會砰地撞擊水裡的一個原子核，產生一丁點兒能量。科學家們通過統計有幾個一丁點兒而逐步了解宇宙的基本性質。1998年，日本觀察人員報告說，中微子確有質量，但是不大--大約是電子的一千萬分之一。
如今，尋找粒子真正要花的是錢，而且是大量的錢。在現代物理學中，尋找的東西的大小，與所需設備的大小，往往有意思地成反比關係。歐洲核研究組織簡直像個小城市。它地跨法國和瑞士邊境，有3000名僱員，佔地幾平方公里。歐洲核研究組織有一排比埃菲爾鐵塔還要重的磁鐵，周圍有一條大約26公里長的地下坑道。
詹姆斯·特雷菲爾說，擊碎原子倒還容易，每次只要把日光燈一開。然而，擊碎原子核就需要大量的金錢和大量的電力。把粒子變成夸克--即構成粒子的粒子--就需要更多的電和更多的錢：幾萬億瓦電和相當於一個中美洲小國的預算。歐洲核研究組織的一台新的大強子對撞機定於2005年開始運轉，它將產生14萬億瓦能量，建設費超過15億美元。然而，這兩個數字與那台超級超導對撞機本來所能產生的能量和所需的建設費用相比，那簡直是小巫見大巫。20世紀80年代，得克薩斯州附近開始建設一台超級超導對撞機，然後本身與美國國會發生了超級對撞，結果很不幸，現在永遠建不成了。這台對撞機的意圖是：讓科學家們重建儘可能接近於宇宙最初十萬億分之一秒里的情況，以探索"物質的最終性質"（老是這麼說的）。該計畫要把粒子甩進一條84公里長的隧道，獲得實在令人吃驚的99萬億瓦能量。這是個宏偉的計畫，但建設費用高達80億美元（最後增加到100億美元），每年的運行費還要花上幾億美元。
這也許是歷史上把錢倒進地洞的最好例子。美國國會為此花掉了22億美元，然後在建成一條22公里長的隧道以後取消了這項工程。現在，得克薩斯人可以為擁有一個全宇宙代價最高的地洞而感到自豪。我的朋友、《價值連城的堡壘》的作者傑夫·吉恩對我說："那實際上是一大片空地，周圍布滿了一連串失望的小城鎮。"
超級對撞機化為泡影以後，粒子物理學家們的眼界放低了點。但是，即使是比較一般的項目的成本也可能相當驚人，要是與，哎呀，幾乎任何項目相比的話。有人建議在南達科他州萊德的一座廢礦--霍姆斯特克礦--建個中微子觀察站，其成本就高達5億美元，還不算每年的運轉費用。而且，還要花2.81億美元的"一般改建費"。與此同時，伊利諾伊州費爾米萊布的一個粒子加速器僅更新材料就要花費2.6億美元。
總之，粒子物理學是個花錢很多的事業--但又是個收穫巨大的事業。今天，粒子的數量已經大大超過150種，還有100種左右被懷疑存在。但不幸的是，用理查德·費曼的話來說："很難搞清所有這些粒子的關係，大自然要它們幹什麼，彼此有什麼聯繫。"每打開一個盒子的時候，我們總是發現裡面還有一個緊閉的盒子。有的人認為存在超光速粒子，其運動速度超過光速。有的渴望找到引力子--引力的根子。我們刨根問底兒已經刨到什麼程度，現在還很難說。卡爾·薩根在《宇宙》一書中說，要是你鑽進一個電子深處，你會發現它本身就是一個宇宙，使你回想起20世紀50年代的那些科幻故事。"裡面，大量小得多的別的粒子組成了相當於當地的星系和較小的結構，它們本身就是下一層次的宇宙，如此永遠下去--一個逐步往裡推進的過程，宇宙中的宇宙，永無盡頭--往上也是一個樣。"
對於我們大多數人來說，這是個不可想像的世界。如今，即使看一本有關粒子物理學的初級指南，你也必須克服語言方面的重重障礙，比如："帶電的π介子和反π介子分別衰變成一個μ介子加上反中微子和一個反μ介子加上中微子，平均壽命為2.603×10－8秒；中性π介子衰變成2個光子，平均壽命大約為0.8×10－16秒；μ介子和反μ介子分別衰變成......"如此等等--而且，這段話還是從（通常）文筆淺顯的作家斯蒂芬·溫伯格為普通讀者寫的一本書里引來的。
20世紀60年代，加州理工學院物理學家默里·蓋爾曼試圖把事情簡化一下，發明了一種新的粒子分類法，用斯蒂芬·溫伯格的話來說，實際上"在一定程度上使大量的強子重新變得一目了然"--強子是個集體名詞，物理學家用來指受強核力支配的質子、中子和其他粒子．蓋爾曼的理論認為，所有強子都是由更小的，甚至更基本的粒子組成的。他的同事理查德·費曼想跟多利那樣把這些新的基本粒子叫做部分子，但是沒有獲得通過。它們最後被稱做夸克。
蓋爾曼從小說《芬內根的覺醒》的一句話中取了這個名字："給馬斯特·馬克來三夸克(quarks)！"（敏銳的物理學家把storks或larks作為該詞的韻腳，儘管喬伊斯腦子裡想的幾乎顯然是後者的發音。1）夸克的這種基本的簡潔性並沒有持續很久。隨著人們對夸克的進一步了解，需要更細的分類。儘管夸克太小，不可能有顏色、味道或任何別的可以識別的化學特性，它們還是被分成六類--上、下、奇、粲、頂和底，物理學家們奇怪地把這些統稱為它們的"味"；它們又進一步被分成紅、綠和藍三種顏色。（人們懷疑，這些名稱原先在迷幻藥時代在加利福尼亞州使用過。這不完全是一種巧合。）最後，出現了所謂的標準模型。對亞原子世界來說，它實際上是一個元件箱。標準模型的組成成分是：6種夸克、6種輕子、5種已知的玻色子和1種假設的玻色子(即希格斯玻色子，以蘇格蘭科學家彼得·希格斯的名字