基本粒子是目前人们能够直接观察到的最小的物质单元。
那么，基本粒子究竟有多小呢？如果用一种超级放大镜将乒乓球放大到地球大小，基本粒子大约就像乒乓球一样大小。即使把一万亿个基本粒子排成一列，它们也能轻松穿过一根缝衣针的小孔。为了研究这些微小的基本粒子，物理学家却需要动用直径达数公里的高能加速器。为什么会这样呢？因为在微观世界里，物质运动的规律与我们日常生活中的经验截然不同。在宏观世界里，粒子运动的轨迹是明确的，波动则以空间弥漫的形式出现，两者界限分明。
在20世纪初，随着物理学家的研究深入到分子、原子等更微观的层次，他们发现这些微小的粒子表现出许多奇特的行为，无法用过去的经验来解释。法国的历史学家路易斯德布罗意受到研究实验物理学的哥哥的影响，转而研究物质结构。他在1924年提交了一篇博士论文，提出了一个全新的观点：每一个粒子的运动都伴随着一种波，这种波会影响粒子的运动。这种波的波长与粒子的动量成反比。对于我们日常所见的较大物体，这种波动的影响非常微小，无法察觉。但在原子和分子的世界里，这种行为却非常显著。德布罗意的理论可以解释诸如原子等粒子的许多异常行为。虽然一开始人们对他的说法持怀疑态度，但后来的实验证实了他的观点，这位新博士也因此获得了奖。
物理学家在探索微观世界时，常用一种方法：将已知性质的基本粒子作为“炮弹”，去撞击所要研究的未知基本粒子，通过观察它们之间的相互作用来研究目标粒子的性质。为了更清晰地了解粒子的结构，作为“炮弹”的粒子波长越短、动量越大越好。否则，波动的强烈干扰会使精确测量变得困难。粒子能量越大，控制它们就越困难，即使是要它们稍微改变方向也变得非常困难。解决的办法是减小加速器的“跑道”弯曲程度，这也导致了加速器直径的增大。
意大利的原子物理学家恩里科费米曾风趣地说过：如果想要制造一台能量极高的加速器，其圆周大到足以套到地球赤道上。但我们相信，未来利用新技术（如超导技术）可以大幅度缩小加速器的尺寸。不过从目前来看，物理学研究的对象越小，所需的仪器设备确实会越来越大。
