物质的基本组成是原子，而原子又能分为原子核和电子，原子核还能继续分为质子和中子（除了氕核之外），质子和中子又能进一步分为夸克和胶子。
一直以来，物理学家不断把粒子分成更小粒子，直至最小的尺寸，以寻找组成物质的基本粒子。那么，物理学家是如何知道一个基本粒子有多小呢？
上图是第一张单原子照片，由原子力显微镜（AFM）拍摄到的并五苯分子，达到单原子分辨率。成像方式如下：一组特定波长的光被发射到目标物体上，其中一些光波直接穿过，而有一些则会被反射回去。通过测量未反射或者反射的光，可以构建出目标物体的阴像或阳像的画面。
各种波长的光
这种方法依赖于光的一种特殊性质——它们能够表现为波，所有的波都有一个波长。只要所要成像的物体大于所用光波的波长，就能拍下那个物体的图像。
基于这样的事实，我们需要选择一个特定的成像波长，以获得目标物体的高质量分辨率图像。我们不能使用波长很短的广，因为这种光的能量很高，用它们来观测物体会造成破坏。
正因为如此，我们想要穿透皮肤看到骨骼，就需要能够更高波长更短的X射线。而如果要接收到波长很长的无线电波，就需要尺寸非常大的射电望远镜，例如，直径可达500米的中国天眼。
那么，物理学家也是用光子来研究基本粒子的尺寸呢？毕竟，只有光与物体相互作用之后，才能构建出物体的图像。
关键的波长
事实上，物理学家并不在意是否是光子在构造目标物体的图像。通过其他粒子也能构造图像，因为任何粒子都有一个与能量相关的波长——德布罗意波，又称物质波。无论选择使用光波还是物质波都是无关紧要的，唯一重要的是波长。这就是物理学家如何探测物质，并确定一个物体的大小到任何所选择的尺度。
当物理学家首次认识到这种现象时，他们既感到十分困惑，又感到十分惊奇。如果不断把电子从挡板上的一个狭缝中发射出去，它会在另一边接收屏上形成“电子堆”。但如果挡板上有两个相邻的狭缝，接收屏上不会有两堆电子，而是一个干涉图样，就好像电子真的像波一样运动，这就是波粒二象性。
更令人瞠目结舌的是，如果向这两条狭缝一次只发射一个电子，结果还会出现同样的干涉图样。电子不仅表现得像波一样，而且每一个电子都好像可以与自己发生干涉。如果进一步改变实验，还会得到更加奇怪的惠勒延迟选择实验，这里不再展开。
理论上，如果让粒子（电子、质子或者光子等等）达到越高的能量，其波长越短，分辨率越高，以此就能探测到尺寸越小的结构。倘若能准确地测量出非基本粒子什么时候分裂，这样就能确定能量阈值，从而测出它的大小。
基本粒子的尺寸
通过这种方法，物理学知道，原子可以分割成原子核和电子，它们的总大小约为10^-10米。原子核也能进一步分割成质子和中子，这些更小粒子的尺寸约为10^-15米。质子和中子又能分割为夸克和胶子，它们的尺寸小于10^-18米。
另一方面，如果用高能粒子轰击夸克、胶子和电子，它们没有表现出内部结构的证据，这意味着它们是基本粒子，没有尺寸的点粒子。
根据物理学家目前的测量结果，每一个标准模型粒子都是无法再分割的基本粒子，它们的尺寸不超过10^-18米。根据粒子物理标准模型，已知的基本粒子包括如下种类：6种夸克和6种反夸克、3种带电轻子和3种反轻子、3种中微子和反中微子、8种胶子、光子、W和Z玻色子、希格斯玻色子。再考虑基本粒子的自由度等性质，已知的基本粒子总共有61种，它们是构成万物的基础。
超越粒子物理标准模型
不过，粒子物理标准模型并没有给出所有问题的最终答案。事实上，标准模型在某种程度上肯定会崩溃出错，因为这套理论没有考虑到引力、暗物质、暗能量以及宇宙正反物质不对称的事实。
宇宙中一定还有更加本质的规律，也许我们所认为的基本粒子其实是可以分割的。如果我们能让粒子获得足够高的能量，使其波长足够短，我们就有望看到目前能量尺度和普朗克能量尺度之间的东西。标准模型不是终极理论，比目前已知基本粒子更小的尺度还有待探索。
