世界所有的物质都是由分子或直接由原子构成的。原子是化学反应的基本微粒，原子在化学反应中不可分割。原子直径的数量级大约是10-10M。原子质量极小，且99.9%集中在原子核。原子核外分布着电子，电子决定了一个元素的化学性质，并且对原子的磁性有着很大的影响。所有质子数相同的原子组成元素，每一种元素至少有一种不稳定的同位素，可以进行放射性衰变。质子数等于电子数，因此正负抵消，原子就不显电。原子是个空心球体，原子中大部分的质量都集中在原子核上，原子核假如是葡萄（20mm）大小，那么整个原子的范围应该在200米范围左右。其他都是电磁场，电子好比这个200米原子运动场中运动的一粒沙子，质子大小好比一个米粒。而夸克是原子核的万分之一，就好比一个微小的尘埃。
基本粒子要比原子、分子小得多，现有最高倍的电子显微镜也不能观测到。质子、中子的大小，只有原子的十万分之一。而轻子和夸克更小，还不到质子、中子的万分之一。粒子的质量是粒子的一个主要特征量，按照粒子物理的规范理论，所有规范粒子的质量为零，而规范不变性以某种方式被破坏了，使夸克、带电轻子、中间玻色子获得质量。现有的粒子质量范围很大，光子、胶子是无质量的，电子质量很小，π介子质量为电子质量的280倍，质子、中子都很重，接近电子质量的2000倍，已知最重的粒子是顶夸克。已发现的六种夸克，从下夸克到顶夸克，质量从轻到重。中微子的质量非常小，目前已测得的电子中微子的质量为电子质量的七万分之一，已非常接近于零。
在国际当前流行的量子构成方面，最成功地被科学检验的是粒子模型。
粒子模型指的是物质构成单元有不可再分割的粒子构成，在夸克模型提出后，人们认识到基本粒子也有复杂的结构，故现在一般不提“基本粒子”这一说法。根据作用力的不同，粒子分为强子、轻子和传播子三大类。
粒子标准模型
虽然标准模型对实验结果的解释很成功，但也有很大的缺陷。首先，模型中包含了许多参数，如各粒子的质量和各相互作用强度，这些数字不能只从计算中得出，而必须由实验决定。其次，关于标准模型理论所预测的希格斯玻色子问题。虽然欧洲大型对撞机发现了相似度非常高的完美疑似粒子，但是其被确认还需要经过一段时间的相关实验的考验，再者弱电对称破缺还没有满意的解释，另外还有标准模型理论中存在所谓的自然性问题。最后，这理论未能描述引力。
标准模型包含费米子及玻色子。费米子为拥有半整数的自旋并遵守泡利不相容原理（该原理指出没有相同的费米子能占有同样的量子态）的粒子，玻色子则拥有整数自旋而并不遵守泡利不相容原理。费米子就是组成物质的粒子而玻色子则负责传递各种作用力。在规范场中，费米子与玻色子配对使用。
标准模型包含的玻色子有：
胶子：强相互作用的媒介粒子，自旋为1，有8种。
光子：电磁相互作用的媒介粒子，自旋为1，只有1种。
W及Z玻色子：弱相互作用的媒介粒子，自旋为1，有3种。赋予万物以质量的希格斯粒子1种。
在玻色子中，只有希格斯玻色子不是规范玻色子，而引力子不包含在标准模型之中。
标准模型包含了十二种“味道”的费米子。组成大部份物质的三种粒子：质子、中子及电子，其中只有电子是这套理论的基本粒子。质子和中子只是由更基本的夸克受强作用力吸引而组成。
标准模型的基本费米子：
标准模型中的费米子都是左旋的，费米子可以分为三个“世代”。第一代包括电子、上下夸克及电子中微子。所有普通物质都是由这一代的粒子组成；第二及第三代粒子只能在宇宙射线或高能实验中制造出来，而且会在短时间内衰变成第一代粒子。把这些粒子排列成三代是因为每一代的四种粒子与另一代相对应的四种粒子的性质几乎一样，唯一的区别就是它们的质量。
例如，电子跟μ子的自旋皆为半整数而电荷同样是-1，但μ子的质量大约是电子的200倍。
电子与电子中微子以及在第二、三代中相对应的粒子被统称为轻子。夸克拥有一种叫“色”的量子性质，并且与强作用力耦合。强作用力不同于其他的作用力（弱力、电磁力、引力），会随距离增加变得越来越强。由于强作用力的色禁闭特性，夸克永远只会在色荷为零的组合中出现（如介子、重子），这些不同的组合被统称为“强子”。
目前实验中确认的强子有两种：由三颗夸克组成的费米子，即重子（如质子及中子）；以及由夸克－反夸克对所组成的玻色子，即介子（比如π介子）。而由五个夸克所组成的五夸克粒子，目前实验上的结果仍有争议。
第一代：左旋电子、左旋电子中微子、左旋正电子、左旋电子反中微子、左旋上夸克、左旋下夸克、左旋反上夸克、左旋反下夸克。
第二代：左旋μ子、左旋μ子中微子、左旋反μ子、左旋μ子反中微子、左旋魅夸克、左旋奇夸克、左旋反魅夸克、左旋反奇夸克。
第三代：左旋τ子、左旋τ子中微子、左旋反τ子、左旋τ子反中微子、左旋顶夸克、左旋底夸克、左旋反顶夸克、左旋反底夸克。
夸克36有种：其中包括夸克、夸克有六味、每味三色、再加上各自对应的反粒子、总共36种不同状态的夸克。
轻子12有种：电子e、μ子、τ子以及各自的中微子共六种它们的反粒子六种。
强子有两种：由三颗夸克组成的费米子，即重子（如质子及中子），以及由夸克－反夸克对所组成的玻色子，即介子（如π介子）。
在W玻色子、Z玻色子、胶子、顶夸克及魅夸克未被发现前，标准模型已经预测到它们的存在，而且对它们的性质进行了精确的预测，加上欧洲大型对撞机发现最后一个没有发现的而且非常重要的疑似粒子——希格斯粒子，所以标准模型受到更多的重视。
粒子物理学的标准模型是一套描述强力、弱力及电磁力，这三种基本力及组成所有物质的基本粒子的理论。它隶属量子场论的范畴，并与量子力学及狭义相对论兼容。到现在为止，几乎所有对以上三种力的实验结果都合乎这套理论的预测。但是标准模型还不是一套万有理论，主要是因为它没有描述到引力。
首个与标准模型不相符的实验是有关中微子振**的结果，显示中微子拥有非零质量。标准模型的简单修正（如非零质量的中微子）可以解释这个实验结果。这个新的模型仍叫做标准模型。
标准模型理论以外的理论性粒子
实验已经证明了标准模型的精确性，但是科学家为了解释某些现有理论无法解释的物理现象，包括弦理论在内的研究者认为宇宙中可能存在超对称粒子。它们质量非常大（相对一般粒子，如质子而言），加速器还无法制造它们。但是因为量子涨落的存在，它们可能在极短的时间内和非常小的概率下与我们可见的粒子发生相互作用，因此它们还是可以被间接地探测到。目前每种标准模型粒子都被认为存在对应的超对称粒子。并且被用来解释某些物理现象。例如夸克的超对称粒子用来解释正反粒子数目的不对称，以及中微子的超对称粒子用来解释——为什么中微子的质量如此之小。
超对称粒子：轴子、伴胶子、伴引力子、伴希格斯玻色子、中性微子、标量费米子、标量轻子、标量夸克。
其它：引力子、希格斯玻色子、迅子、磁单极子。
假想的合成粒子：人们想象的实验暂时没发现或者根本不存在的粒子，比如暗物质，某些速度永远大于光速的速子，以及磁单极子或加速子等。
假想的粒子：奇异强子、奇异重子、五夸克态、奇异介子、胶球—四夸克态。
其它：介子、分子。
准粒子：声子、激子、电浆子、电磁极化子、极子、磁振子。
中微子质量之谜
中微子又译作微中子，是组成自然界的最基本的粒子之一，常用符号ν表示。中微子不带电，自旋为1/2，质量非常轻（小于电子的百万分之一），以接近光速运动。
中微子是不带电的基本粒子，似乎也没有质量，中微子只参与非常微弱的弱相互作用，具有最强的穿透力。能毫不费力地穿到地球、恒星内部等，每天有数以千万亿的中微子穿过我们的身体。在100亿个中微子中只有一个会与物质发生反应，因此中微子的检测非常困难。正因为如此，在所有的基本粒子中，人们对中微子的了解最晚，也最少。实际上，大多数粒子物理和核物理过程都伴随着中微子的产生，例如，核反应堆发电（核裂变）、太阳发光（核聚变）、天然放射性（贝塔衰变）、超新星爆发、宇宙射线等。宇宙中充斥着大量的中微子，大部分为宇宙大爆炸的残留，大约为每立方厘米100个。
由于宇宙中中微子的数量极其巨大，如果中微子有质量，其总质量也会非常惊人，那么物理大统一理论模型（一种试图把粒子间四种基本作用中的三种统一起来的理论）就需要重建。因为在现有的量子物理构架中，科学家是在用假设没有质量的中微子来解释粒子的电弱作用。
中微子有大量谜团尚未解开。首先它的质量尚未直接测到，大小未知；其次，它的反粒子是它自己还是另外一种粒子；第三，中微子振**还有两个参数未测到，而这两个参数很可能与宇宙中反物质缺失之谜有关；第四，它有没有磁矩；等等。因此，中微子成了粒子物理、天体物理、宇宙学、地球物理的交叉热点学科。而大量科学数据表明中微子是有质量的，如果中中微子有质量，那么标准模型就是不正确的。粒子模型必须作出新的调整。
2012年3月8日大亚湾中微子实验国际合作组发言人在北京宣布：大亚湾中微子实验发现了一种新的中微子震**，并测量到其振**几率。该发现被认为是对物质世界基本规律的一项新的认识，对中微子物理未来发展方向起到了决定性作用，并将有助于破解宇宙中“反物质消失之谜”
希格斯粒子
希格斯粒子被认为是一种自旋为零的玻色子亚原子粒子。标准模型预言了62种基本粒子，而希格斯玻色子是最后一种未被证明存在的基本粒子，被认为是物质的质量之源。由于它难以寻觅又极为重要。苦寻不至，人们把它称为“上帝诅咒的粒子”，久而久之，就简化成了“上帝粒子”。
牛顿认为苹果是因为被地球吸引砸到地上，苹果肯定有质量才会被地球吸引，而质量来源是物理学家的重要研究内容。
为解决质量问题，1964年希格斯提出了希格斯机制，此机制说：在宇宙大爆炸过程中，形成了一种无形却到处存在的场，希格斯认为宇宙间遍布“希格斯场”，基本粒子在与希格斯场的相互作用下获得了质量，而形成希格斯场的就是一种新的粒子，被命名为希格斯粒子。
希格斯理论提出在宇宙诞生的最初，并没有希格斯粒子的存在，其他的各种基本粒子都如光子一般，以光速横冲直撞。宇宙诞生十几秒后，希格斯粒子诞生，形成了“希格斯场”。除了光子，其他的基本粒子与希格斯粒子发生碰撞后，就好比海洋中的鱼，其他基本粒子“鱼”，就好像在“希格斯场”海洋中游动，因为受到水（希格斯粒子）的阻碍，从而产生重量。
其他基本粒子获得质量后，速度就慢下来了。慢下来的基本粒子“夸克”在强相互作用下，抱团组成了质子、中子等粒子，质子和中子又组成了原子核，原子核与电子在电磁力作用下又形成了原子，原子构成分子。所有的粒子在除引力外的另三种力的框架中相互作用，统一于标准模型之下，构筑成了大千世界。
如果没有希格斯粒子，其他的基本粒子就仍然会以光速运行，不能聚合在一起，我们的宇宙将仍然是一锅沸腾的基本粒子汤，根本不能组成物质，生命也无从谈起。希格斯粒子使物质得到质量，万有引力则将质量变成重量，使恒星和行星都得以诞生，最终孕育生命。如此，也解释了为何苹果会掉到地上的问题。
由于希格斯玻色子是最后一种未被发现的基本粒子，对完善粒子物理学理论“大厦”有重要意义。科学界相信它的存在，并认为发现它只是时间问题。希格斯玻色子的存在将正好补充描述整个宇宙如何运行的物理学标准模型的缺陷，因此它便显得尤其重要。如果这个假设为真，那标准模型就可以得到彻底的验证。如果不存在“上帝粒子”的话，理论学家则需要重新书写标准模型理论。
著名物理学家温伯格认为，只要能够建造能量足够大的加速器，就一定可以找到这个最后的粒子。为了发现希格斯玻色子，也为了探索宇宙起源，包括中国在内的世界各国共同资助了欧洲核子研究中心兴建了大型强子对撞机（LHC）。
欧洲原子核能中心（CERN）有着世界上最大的实验装置——大型强子对撞机（LHC），其横跨法国和瑞士。这个长达二十八年之久、造价近百亿欧元的庞大地下装置，由全球包括中国在内的五十个国家、三千名科学家参与，其最主要的目的是为了寻找被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子。有科学家把此次LHC的成就比作发现DNA和登陆月球。
LHC位于瑞士和法国边境地区地下50-150m米深的隧道中，环形隧道长达27公里。质子束在全长27公里的环形隧道中以每秒11245圈的速度狂飙然后相撞，在极细微的空间爆发由如十万倍太阳温度的超级高温。这一刻就像宇宙大爆炸之时，释放大量能量和基本粒子，冷却后形成组成物质的质子和中子，希格斯粒子就有可能产生在其中。
希格斯粒子的发现非常困难，即使“撞出”希格斯粒子后，还有一个很麻烦的问题是希格斯玻色子无法直接观测到，只能通过观测到某种粒子衰变之后产生的光子等其他粒子，反推这些光子会不会是粒子碰撞产生的希格斯玻色子衰变出来的。然而每1012次的质子对撞，才可能产生一次希格斯粒子。更加困难的是，这种粒子一旦产生就转瞬即逝，在碰撞后10亿分之一秒的时间内衰变，因此要想捕捉到它极不容易，需要进行足够次数的相撞，并进行海量数据分析。因此理论物理学家霍金认为，人类在很长一段时间内不可能发现希格斯玻色子，为此他还打赌100美金。
时间推到2012年7月4日，这一天欧洲核子研究中心（CERN）的科学家们宣布发现了一种新的亚原子粒子，这可能是难以捉摸的希格斯玻色子（上帝粒子），英国科学技设施委员会行政长官约翰·沃默斯利在伦敦举行的一个发布会上表示：“我可以证实，一个粒子已被发现，这个粒子与希格斯玻色子理论所描述的粒子是一致的。”
寻找希格斯玻色子的两个小组中的一个小组的发言人乔·因坎迪拉在日内瓦附近的欧洲核子研究中心对人们说：“这是一个初步的结果，但我们认为这个结果非常强，非常坚实。”
欧洲核研究组织在声明中说，两座各自独立的实验室都发现了这种亚原子粒子，质量范围在125至126吉电子伏特之间。两家实验室都宣布，数据结果的统计确定性为5西格玛或5标准差。
5西格玛，换算成统计误差率，大约为0.00006%。成功率为99.99994%。
在粒子物理学界，若要证实某一发现，数据统计确定性需要达到5标准差；若要作为证据，统计确定性必须达到3标准差，所以现在说是“接近发现”。
在分析过程中，希格斯玻色子是否存在会从数据图形的峰值中体现出来。然而即使发现了这样的峰值，也不能就此宣布发现了希格斯玻色子，只有当他们确认这一信号是统计误差的概率低于一定标准时，并进行其他大量证实后才能比较有把握地宣布发现结果。
如果在数以十亿计的对撞实验中真的产生了希格斯玻色子，根据预测，它应当是不稳定的，会迅速衰变为更加稳定，质量更小的粒子。虽然实验证明这种粒子最后衰变成两个光子，但是还需要对这些衰变产物进行分析，并且通过分析来推断这种粒子是否为真的希格斯粒子。
乔和费碧欧拉在会后的新闻发布会上反复向媒体表示，今天的结果只能证明我们发现了符合标准模型的新玻色子，这种玻色子究竟是什么还无法确认，但罗尔夫·豪雅表示，“我们发现的是一种新粒子，这才是让我们激动的地方”。CMS小组也在其网站上表示，虽然我们发现了符合希格斯玻色子基本模型的粒子，但并没有确认发现希格斯玻色子，因为我们仅仅关注了该粒子的质量本身，它可能是其他具有该质量的粒子。为了确认所发现的就是希格斯玻色子，我们还需要确认它的自旋为0，正确的耦合比等等。这些将是我们今后的工作，但这个发现依然让人激动。
曾获诺贝尔奖的著名粒子物理学家莱德曼表示，如果发现的新粒子不是格斯粒子，标准模型理论将被推翻，至少需要进行修改。欧洲核研究组织物理学家伊夫斯·西罗伊斯说：“发现的那个粒子也许不是希格斯玻色子，而是一种比希格斯玻色子大很多的粒子。那么，它也会打开一扇门，开启一套比‘标准模型’走得更远的新理论。”
美国能源部下属的费米国家加速器实验室项目发言人罗布·罗泽说：“我们的数据有力地显示希格斯粒子的存在。”在2010年，美国费米国家实验室的万亿电子伏特加速器工作的粒子物理学家提出了一个命题：希格斯玻色子是否还具有五种不同的形态，但实验结果却令任何一个粒子物理学家感到惊讶，宇宙中可能不止存在一种希格斯粒子。
为了要获取更多的信息，大型强子对撞机的各种实验还要不停做下去，而且还要提高能力级别。预计在2013年，LHC会达到满负荷14万亿电子伏特运转是现在的两倍。到时候新的奇迹是否会诞生，并且在大型对撞机实验里，是否还会诞生新的粒子打破标准模型的粒子数量，如何再定义标准模型也是值得关注的。
当然，如果本身这种粒子并非希格斯粒子，那么解释世界就可能会有另外的假说，而且这样的假说也未必不能解释世界。宇宙和我们生存的世界一直存在，只是科学家们现在尚无法圆满解释这个世界而已。
希格斯粒子与标准模型的最后疑问：希格斯粒子假如被发现了，粒子的标准模型达到圆满成功，那么依然有更多的疑问：
第一，发现希格斯粒子，只是稳固了既有理论体系的基础，证明了标准模型理论的可靠性。可是粒子标准模型依然是不完整的，而在标准模型的基础上，科学家寻求最终的大一统的物理理论，还有很长的路要走。这是因为物理学标准模型本身也并非解释物质世界一切奥秘的“终极理论”。尽管标准模型解释了电磁力和强核力之类的基本作用力，但由于引力的作用实在太过微弱，到目前为止，一切试图将引力统一到标准模型内的努力都失败了。
第二，在一个暗能量、暗物质、物质的混合宇宙里，很显然物质世界并不占据宇宙创生的主导。假如真的存在希格斯粒子场机制，很显然希格斯粒子场机制比万有引力，更具有统治性、普遍性，那么万有引力地位如何定义？但是，即便科学家找到了“上帝粒子”也并不意味着宇宙物理获得了最终解释。因为标准模型只能解释4%的宇宙，宇宙里的暗物质与暗能量分别占有剩余的23%和73%，这些暗物质、暗能量仍然得不到解释。对于暗能量、中微子质量、物质与反物质不平行等领域，标准模型无能为力。这些将涉及更高层面、更高维度、更高能量的统一理论，甚至弦理论。
第三，希格斯粒子的性质问题：在希格斯机制中，希格斯粒子漫布整个宇宙，无所不在。那么希格斯是一种还是多种，希格斯粒子之间是如何作用的，宇宙空间中希格斯粒子组成的希格斯场符合希格斯整体量子纠缠行为吗？如果宇宙中所有的希格斯粒子性质一样，那么就有可能存在整个宇宙希格斯粒子场的纠缠行为，在宇宙中整个希格斯粒子场是纠缠的。在宇宙中这是一个庞大的纠缠的粒子场群，它们不仅仅微观影响及赋予基本粒子以质量，那么在庞大的宇宙希格斯粒子场纠缠空间中，必然也会影响宇宙的状态、结构、及其运转，甚至影响到星系的形成及其运转。在一个多平行宇宙的宇宙海洋中，希格斯粒子场也同样会无所不在，甚至做为暗能量的一种，推动万物的运转及其规律。一个庞大的希格斯纠缠场涉及到是否超越光速，从纠缠本身来讲，希格斯粒子本身就可能属于纠缠传递粒子，其速度完全可以远远超越光速，一秒之内跨越整个宇宙。希格斯粒子其大小、结构、自身的质量结构、力的作用方式、方向等都还有疑问。同时希格斯粒子在物质粒子的内外表现是否相同，希格斯粒子场只在粒子内部表现吗？如果在外部，那么是如何作用的，强度如何？粒子内外的希格斯粒子场作用原理相同吗？
希格斯粒子的诞生机制，为什么不同于其他粒子，光在希格斯粒子场中的传播、作用及其影响。这些都意味着物理学的终极拷问，甚至无限的探究，完全可以创造出新的物理学理论。而新的物理学在涉及到宇宙粒子深处的性质时候，有可能涉及到本书提出的“刹那空间”“聚合而生”的宇宙观念来合理解释其真正的本质。当然探索希格斯粒子本质的问题，也完全可以用本书提到的观点重新定义物理学理论，让本书提到的无所不在的宇宙基本“无”
元素与希格斯粒子联系起来解释希格斯粒子及物理学的困惑。
在第三章宇宙的背景深度里讲到，宇宙模型假如不是大爆炸而来，而是更大范围内比如几千亿光年、万亿光年聚合而来，那么对撞机发现的粒子可能是实验室本身创造的，而不是宇宙形成的原因，就好比化学实验室里可以创造万种的有机物，但并不是自然界存在的一样。无疑科学精神是应该存疑的，对于宇宙深处的微观与宏观的关系、作用原理、形成机制，我们还知之甚少。当几年后欧洲大型粒子对撞机继续提高能量后，如果再发现新型粒子痕迹，非常有可能的就是对撞机本身创造了粒子。
宇宙的粒子深度
在量子力学里，真空并不意味着没有任何场、粒子或能量。量子真空是一种能量最低的状态，它只是被称作“真空”而已，实际上能量严格为零的状态是不可能存在的。霍金与惠勒都提到无中生有，有与无本身只是相对的。
按照近代物理学的观点，真空不是虚空，而是量子场系统的基态，具有复杂的结构。处于基态的量子场在不断地振动，具有零点振动能，且具有相互作用（包括自作用），真空中各种量子场不断地有各种虚粒子在产生、消失和转化。在某种意义上真空像是介质，类似于电磁学中电场对电介质的极化、真空与外电磁场的相互作用产生真空极化。真空极化反过来会影响粒子的性质，导致可观测的后果。氢原子能级的兰姆移位和电子的反常磁矩是其两个典型的实例。实验观测的结果与量子电动力学考虑真空极化效应的计算结果，在非常高的精度上完全一致，证实了真空极化效应。
很显然，按照标准模型，构成我们世界的62种粒子，再加上主导宇宙的暗物质与暗能量，似乎相对于我们表观可以更详细观察的电子、质子、中子这样简单的原子构成结构元素来说，62种基本粒子有些复杂了，而且很多时候人们忽略了粒子与外界的联系，忽略了暗能量、暗物质与粒子之间的因果关系，就好比人本身与周围空气没有关系一样。而量子的本性按照量子力学来讲，首先是不确定性。
在第三章宇宙的背景深度里同样讲到，新的模型是粒子应该是力与粒子的结合，任何的粒子不应该是孤立的，越是深层微观的粒子，越是与真正的更大范围的宇宙空间结合存在相关联性。
即使标准模型与希格斯粒子被证明，人们依然会问，这62种粒子的本质是什么，内部结构是什么，粒子之间是否有宇宙深度的内在联系，是否在深度里面存在着更大的统一，人们依然会追问、探索宇宙微观与宏观的关联性。但是本书提到的：圆转的宇宙，充满内部的“基本”无元素，多层聚合运动，却为宇宙探索提供了一种简单不能再简单的原理。这正是霍金与爱因斯坦提出的简洁不能再简洁的理念。