Aineen jakamattomuuden idena keksivät ensimmäisinä kreikkalaiset atomistit Leukippoksen ja Demokritoksen johdolla. Tosin atomeja uskottiin olevan äärettömän montaa eri lajia, ja ne esiintyivät kaikenlaisissa muodoissa. Atomiteorian varsinaisena isänä voidaan kuitenkin pitää englantilaista opettajaa ja kemistiä John Daltonia. Vuonna 1808 hän osoitti, että kemiallisissa reaktioissa aineet yhtyvät aina samoissa suhteissa; esimerkiksi veden synnyttämiseksi tarvitaan aina kaksi osaa vetyä ja yksi happea. Tämä merkitsi Daltonin mukaan sitä, että samanlaiset atomit ovat aina muodoltaan, painoltaan ja muilta ominaisuuksiltaan samanlaisia.
Atomeja ei heti mielletty reaalisiksi, vaan niiden ajateltiin olevan lähinnä laskennallisia apusuureita. 1800-luvun loppupuolella todistusaineisto alkoi kuitenkin yhä useammin osoittaa kohti atomihypoteesin todellisuutta. Mm. itävaltalainen fyysikko Ludwig Boltzmann, joka tutki kaasujen ominaisuuksia, osoitti että niiden käyttäytyminen voidaan ymmärtää vain jos atomien oletetaan olevan todellisia. Kuulu filosofi Ernst Mach oli ajatuksen tunnetuimpia vastustajia. Einsteinilla oli merkittävä osuus antiatomisen vastarinnan murentumisessa kun hän vuonna 1905 selitti ns. Brownin liikkeen molekyylien avulla. Kyseessä oli vedessä mikroskoopilla näkyvien hippusten näennäisesti itsellinen ja sattumanvaraisen oloinen, nykivä liike. Tämän liikkeen syy oli koko 1800-luvun ollut hämärän peitossa, mutta Einstein selitti hiukkasten liikeratojen johtuvan niiden törmäilyistä näkymättömien vesimolekyylien kanssa.
Varsinainen ensimmäinen alkeishiukkanen, elektroni, oli löydetty jo hieman aiemmin, vuonna 1897. Tuolloin englantilainen Joseph John Thomson osoitti, että tyhjiöputkissa kulkevat ns. katodisäteet ovat itse asiassa alkeishiukkasia: niiden massa ja varaus on aina sama, olipa katodiaine mitä tahansa. Reilut kymmenen vuotta myöhemmin uusiseelantilainen Ernest Rutherford kykeni osoittamaan, että atomi koostui elektronien lisäksi kovasta ytimestä.
Atomien spektrien ominaisuuksien selittämiseksi syntynyt kvanttifysiikka kehittyi 1920-luvulla räjähdysmäisen nopeasti hiukkasmaailman kattavaksi kuvaukseksi. Sen matemaattinen yhdistäminen Eisteinin erityiseen suhteellisuusteoriaan johti englantilaisen P.A.M. Diracin ennustamaan vuonna 1928 elektronin antihiukkasen, joka sitten vuonna 1932 löytyikin kosmisista säteistä. Saman vuonna löytyi myös ytimen toinen rakennepalikka, neutroni. Itävaltalainen Wolfgang Pauli, yksi kvanttiteorian pääarkkitehdeistä, puolestaan ehdotti jo vuonna 1930 radioaktiivisissa hajoamisissa havaitun energian säilymisen näennäisen rikkoutumisen ratkaisuksi uutta hiukkasta, neutriinoa. Sen havaitsivat sitten lopulta vuonna 1956 amerikkalaiset Clyde Cowan ja Frederick Reines ydinreaktorin lähettämässä säteilyssä. Myoni ja pioni löydettiin kosmisista säteistä, ja tämän jälkeen hiukkastarha alkoi kasvaa nopeasti kun hiukkaskiihdyttimet tuottivat yhä uusia hadroneita.
Kvanttifysiikan eräs kulminaatiopiste oli vuosi 1948 kun amerikkalaiset Richard Feynman ja Julian Schwinger sekä heistä riippumatta japanilainen Shin-itiro Tomonaga onnistuivat formuloimaan kvanttielektrodynamiikan eli QED:n nimellä kulkevan teorian. Kyseessä oli ensimmäinen kvanttikenttäteoria, jota tarvittiin selittämään amerikkalaisten Willis Lambin ja tämän oppilaan Robert Retherfordin kanssa mittaaman Diracin elektroniteorian vastaisen siirtymän vedyn spektrin hienorakenteessa. QED on fysiikan tarkin teoria, jonka eräät ennustukset on kyetty osoittamaan pitävän paikkansa yhdentoista numeron tarkkuudella. QED:n menestys avasi samalla oven muillekin hiukkasteorioille. Amerikkalaiset Sheldon Glashow ja Steven Weinberg sekä pakistanilainen Abdus Salam onnistuivat rakentamaan heikon voiman ja sähkömagnetismin yhdistävän sähköisheikon teorian, joka sekin on kvanttikenttäteoria. Teoria sai lopullisen formulaationsa vuonna 1968, ja sen monet ennustukset - mm. W- ja Z-bosonien olemassaolo - on kyetty kokeellisesti todentamaan. Sen ennustama ns. Higgsin hiukkanen on kuitenkin vielä löytämättä.
Myös kvarkkien välillä vallitsevan vahvan voiman kuvailu perustuu kvanttikenttäteorian jota kutsutaan kvanttikromodynamiikaksi eli QCD:ksi. Se syntyi useiden henkilöiden toimesta 1970-luvun alussa. QCD:n teoreettinen käsittely on hankalaa, mutta sen uskotaan johtavan niin voimakkaaseen kytkentään kvarkkien välille, etteivät ne milloinkaan voi esiintyä yksittäisinä hiukkasina. Kvarkkeja ei koskaan olekaan havaittu kuin epäsuorasti.
Kari Enqvist