Dünya üzerinde gördüğümüz her şey atomların bir araya gelmesiyle oluşur. Bu bilgiyi bize ulaştıran ilk kişinin, milattan önce 5. Yüzyılda yaşamış bir filozof olduğunu hatırlatmalıyız. Madde üzerinde düşünen bir filozofun, sadece öngördüğü bir gerçek, aradan geçen onlarca yıl sonunda, modern bilim sayesinde giderek aydınlatılmıştır. Gerçekten de tüm maddelerin, hatta evrenin bu atom zerrelerinden oluştuğu ortaya çıkarılmış ve bunun da ötesine, atomun kimyasına uzanan bir bilim yolculuğu başlamıştır. Bu yolculukta, insan beyninin zaten henüz algılamakta zorlandığı atomun içinde, atom altı parçacıkları denilen atomdan daha küçük yapılar bulunduğu tespit edilmiştir.    

Atom, uzun bir süre insanlığın bildiği en küçük yapı taşı iken, atom altı parçacıklarının bulunmuş olması heyecan vericidir. 1874 yılında elektronların, 1907 yılında protonun ve nihayetinde tarih 1932 yılını işaret ettiğinde nötronun keşfedilmesiyle atom çalışmaları da ivme kazanmıştır.    

Aslında bir çoğumuz atomu, bu üç parçanın bir araya gelmesiyle oluşan bir yapı olarak tanıdık. Kimya derslerinde orbitallere dizilen elektronları, fizik dersinde nötron ve proton yapılarını öğrendik. Gerçekten de atomun elektron dizilimleri ve hareketleri ile ilgilenen bilim dalı kimyadır. Nötron ve proton ile ilgilenen disiplin ise fiziğin bir alt dalı olarak görünen nükleer fiziktir. Bildiğimiz tüm bu temel atom parçalarını oluşturan atom altı parçacıkları ise kuantum mekaniğinin çalışma alanının içerisinde yer alır. Fiziğin, belki de en yeni alt dalı olarak görülen parçacık fiziği ya da yüksek enerji fiziği, atom altı parçacıkları ile ilgilenir.    

Atom altı parçacıkları nasıl bulundu?  

 Einstein, 1905 yılında izafiyet teorisini ortaya koyunca, araştırılması gereken konuların sanıldığından çok daha fazla olduğu anlaşıldı. Hem basit hem de karmaşık görünen bu teori, fizik kurallarının herkes için aynı olduğunu ve hareketsizliğin bir anlamda anlamsızlığını bildiriyordu. Sanılanın aksine, birçok şeyin izafi olduğu gerçeği, kuantum fiziğinin yolunu aydınlattı. İlk olarak 1923 yılında Paul Dirac, parçacıklar ile ilgili yaptığı uzun çalışmaların ilk meyvesini aldı. Her bir parçacığın bir de karşıt parçacığı olması gerektiğini savunuyordu. Bu sayede; ilk atom altı parçacığı olarak sayılabilecek “pozitron” parçasına, Carl Anderson tarafından ulaşıldı. Pozitron, elektronun karşıt parçacığıydı ve pozitif yüklüydü. Elektron ve karşıtı olan pozitronun birlikteliği ise yüksek bir enerji salınımına neden oluyordu. Elektron için karşıt parçacık bulunduğunda, tüm diğer parçalar için de araştırmalar hız kazandı. Böylelikle temel üç parçacık ve bunların karşıt parçacıkları ile toplamda 6 atom altı parçacığı bulunmuş oldu. Bilinen yüzlerce atom altı parçacığı için ilham olan bu çalışmalar, büyük önem taşır.    

 Atom Altı Parçacıkları nelerdir?    

Tüm atom altı parçacıklarının, temel olarak lepton ve kuarklardan oluştuğu düşünülür.    

Leptonlar: Noktasal yapıya sahip parçacıklardandır. Çekirdek kuvvetleri ile etkileşim halinde olmayan parçalardandır En bilinen türü elektron olan leptonlar kendi içerisinde üç türe ayrılır ve parçacıkların karşıt parçacıklarının da olduğu bilinir. Bu altı lepton parçacığını;  - Tau  - Tau Nötrinosu  - Müon  - Müon Nötrinosu  - Elektron  - Elektron Nötrinosu olarak özetleyebiliriz.    

Kuarklar:  Genellikle tek başına bulunmayan temel parçacıklar arasındadır. Birden fazla kuarkın bir araya gelmesi ile atom altı parçacıkları oluşur. Bunlar;    - Baryonlar  - Mezonlar olarak sayılabilir.    

Baryonlar: 3 kuarkın birleşiminden oluşan atom altı parçalarıdır. Nötron ve protonların, birer baryon olduğunu söylemek mümkündür.    

Mezonlar: Kuark ve o kuarka ait anti kuarkın birleşimi, mezonları oluşturur.  Kuark ve anti kuarklar biraraya geldiğinde hızlı bir şekilde bozunurlar. Kararsız bir yapı sergileyen mezonlara örnek olarak, pionlar gösterilebilir.    

Bilinen atom altı parçacıkları bugün için 300’ün üzerindedir. Bunların arasında, kararlı ve kararsız parçalar bulunmaktadır. 6 adet kuark ve altı adet leptonun etkileşimi ile oluşan fermiyonlar, foton, bozon, gluon, gibi yüzlerce farklı özellikte atom altı parçacığı, farklı işlevleri yerine getirmek üzere oluşmuştur.    

Atom altı parçacıklarını incelemek ve oluşturmak için, yüksek enerjilerde parçacık hızlandırıcıları ve kozmik ışınlar kullanılır. Bir maddenin karşıt maddesini; laboratuvar ortamında, karşıt parçacıklar kullanarak oluşturmak mümkün olmaktadır. Ancak karşıt maddenin, madde ile etkileşimi hızlı bir şekilde oluşur ve iki maddenin de yok olması ile sonuçlanır.