Antik çağda yetişen pek çok düşünürle birlikte, madenin yapısı sorgulanmaya başlamıştır. İlk kez Thales evreni anlamanın yolunun maddeyi anlamaktan geçtiğini ifade ederek, materyalist felsefeye ilk adımı atmıştır. Daha sonra Anaximander, evreni oluşturan aperion denen bitmez, değişmez, görünmez bir maddeden bahsetmiştir. Empedocles, tüm varlıkların dört elementten yani ateş, hava, su, topraktan oluştuğunu ifade etmiştir. Empedocles’in bu düşüncesi, büyük otoritesi ile 1500 yıl bilim dünyasını egemenliği altına alan Aristo tarafından iyice yerleştirilmiştir.
Bugün kullandığımız anlamda atom kavramını ilk kez ortaya atan düşünürler Leukippos ve Demokritosdur. Bu düşünürler; ”Doğada mevcut her maddenin, fiziksel olarak bölünmeyen atomlardan oluştuğunu ifade etmişlerdir, ayrıca atomlar arasında boş uzay bulunduğunu ve devinim halinde olduklarını belirtmişlerdir.
19. Yüzyıla gelene kadar bu düşüncelere bir ilave yapılmadı ve İlk kez John Dalton (1766-1844 ) Atom kavramını tekrar ele alarak modern atom kavramını ortaya attı. Dalton kimyasal reaksiyonlarda tam sayılarla belirlenen oranlarda maddenin tepkimeye girdiğini gösterdi ve maddelerin atom denen sayılabilir ama bölünemez parçalardan yapıldığını ifade etti. Aynı zamanda atomların ağırlıklarını ortaya koyan bir çizelge hazırladı.
J.J.Thomson 1897 yılında elektronu keşfetti. 1900'lü yılların başlarında Ernest Rutherfort(1871 1937) günümüz atom modelinin temelini teşkil eden esas yapıyı ortaya koydu. Atom’un; kütlesinin büyük bir kısmını oluşturan çekirdek ve bu çekirdek etrafında dönen elektronlardan yapıldığını ortaya koydu. Rutherfort çekirdeği oluşturan pozitif yüklü parçaya “proton” adını verdi.
1932 yılında Chadwick nötronu buldu. Daha sonra Kuantum teorisi doğrultusunda Niels Bohr(1883 1962) Bohr atom modelini ortaya attı ve elektronların belli yörüngelerde bulunabildiğini ve bunun plank sabiti ile ilgili olduğunu ifade etti.
Bir Atomun çapı santimetrenin 1/10.000.000 u kadardır.
(Bu çap elektron bulutunu da içermektedir. Çekirdeğe kadar yaklaşıldığında Atom çapı 10-13 cm'ye kadar küçülür. Elektronlar ile çekirdek arasında oldukça fazla bir mesafe vardır, eğer elektronlar ile çekirdek arasındaki uzaklık kaldırılabilse, bir gezegen kadar maddeyi bir nohut kadar yapabilmek mümkün olacaktır.)
Atom’un oluşum mekanizmalarında rol oynayan ve daha başka maddeler tarafından yapılmayan temel parçacıklara elementer parçacıklar adı verilir ve elementer parçacıklar iki ana başlık altında toplanırlar.
Temel Parçacıklar
Leptonlar ve kuarklar şimdiki bilgilere göre elementer parçacıklardır. Yani, kendilerini oluşturan başka parçacıklardan yapılmamışlardır. Leptonlar içinde hepimizin yakından tanıdığı ‘Elektron’ vardır. Elektron şimdilik başka parçacıklardan yapılmamış olarak kabul edilmektedir. Leptonların spini (dönüş) ½ ve elektrik yükleri -1 veya 0 dır. Yunanca lepton
hafif parçacık anlamına gelmektedir.
Elementer parçacıklar içinde adını James Joyce’dan alan parçacıklar Kuarklardır. Kuarklarda spin ½ ve elektrik yükleri 2/3 veya -1/3 olan parçacıklardır. Şimdilik bilinen 6 kuark vardır.
Çekirdek Nükleon adı verilen proton ve nötrondan meydana gelmiştir. Elektron ve çekirdek, içindeki Nötron ile Proton kararlı parçacıklardır. Çekirdeği ilgilendiren parçacıklar ailesi iki kısımdır.
1. Baryonlar
2. Mezonlar
Baryonlar ağır parçacıklardır, mezonlar orta ağır parçacıklardır. Baryonlar ve Mezonların hepsine Hadronlar adı verilir. Yunanca kuvvetli parçacık anlamındadır.
Kuark kuramına göre Baryonlar 3 kuarktan, Mezonlar ise bir kuark ve bir antikuarktan oluşmuşlardır.
Nötron UDD kuarklarından, Proton ise UUD kuarklarından meydana gelmiştir.
Elektrik yükleri hesaplandığında 2/3-1/3-1/3=0 yani yüksüz Nötron ve 2/3+2/3-1/3 = 1 yüklü Proton olduğu görülür.
Hadronlar
Bir atom çekirdeğini oluşturan Hadronlar, Kuarklardan yapılmışlardır ve aradaki mezon alışverişi ile kararlı parçacıklar ortaya çıkar. Bu olay esnasında ki kuvvet güçlü etkileşimdir ve çekirdeği parçalanmadan tutar. Bu olgu ilk kez H. Yukova tarafından ortaya konulmuştur ve bu olayda en çok rol oynayan mezon pi mezondur. Ortalıkta fazla görülmeyen bu maddelerin ömrü çok kısadır. Yüklü pi mezon 10-8 sn yaşar.
Bir atom çekirdeğinin her zaman kararlı olmadığını biliniyor, kararsız atom çekirdeklerinde, çekirdek parçalanması olur bunu sağlayan zayıf etkileşimdir.
Doğada var olan ve şimdilik bilinen 4 temel kuvvetin bağlantı kuantasına Gluon adı verilir.
Spinler göz önüne alındığında parçacıklar iki kısma ayrılırlar.
Fermi istatistiklerine uyan parçacıklar aynı anda aynı konumda olamazlar (elektron gibi).
Bose istatistikklerine uyanlar ise aynı anda konumda olabilirler (foton dolayısı ile lazer gibi).
Tüm bahsedilen parçacıkların bir antiparçacığın da olduğunu, ki buna antimadde deniliyor, unutmamakta fayda var. En çok bilinen örnek Pozitron yani antielektrondur. "Peki ortalıkta antimadde niye görülmüyor?" diyorsanız sebebi; madde ile antimadde karşılaştığında, ortaya enerji çıkmasıdır.