Thomson fez os raios catódicos passarem por um campo elétrico e um campo magnético cruzados. Ajustando os dois até que o feixe seguisse reto, ele obteve a velocidade das partículas. Desligando o campo elétrico, a curvatura do feixe no campo magnético deu a razão entre a massa e a carga. O valor era o mesmo qualquer que fosse o gás do tubo ou o metal do cátodo, e mais de mil vezes menor que o do íon de hidrogênio na eletrólise. Hoje sabemos que o próton tem 1836 vezes a massa do elétron.

• J. J. Thomson (1897). Cathode Rays. Philosophical Magazine 44, 293.

Em 1909, Geiger e Marsden notaram que cerca de uma em cada 8000 partículas alfa voltava para trás ao atingir uma folha fina de platina. No modelo de Thomson, com a carga positiva espalhada por todo o átomo, isso era praticamente impossível. Rutherford calculou como uma carga concentrada num ponto desviaria as partículas alfa e previu que o número de partículas espalhadas cairia com o ângulo θ como 1/sen⁴(θ/2). Geiger e Marsden mediram essa dependência em 1913 e encontraram exatamente essa forma.

• H. Geiger & E. Marsden (1909). On a Diffuse Reflection of the α-Particles. Proceedings of the Royal Society A 82, 495.
• E. Rutherford (1911). The Scattering of α and β Particles by Matter and the Structure of the Atom. Philosophical Magazine 21, 669.
• H. Geiger & E. Marsden (1913). The Laws of Deflexion of α Particles through Large Angles. Philosophical Magazine 25, 604.

Rutherford fez partículas alfa atravessarem gás nitrogênio e observou cintilações numa tela de sulfeto de zinco colocada além do alcance das próprias partículas alfa. Algo mais leve e mais penetrante saía do gás. Pelo alcance e pelo desvio num campo magnético, ele concluiu que eram núcleos de hidrogênio arrancados dos núcleos de nitrogênio. Em 1925, Blackett fotografou a reação numa câmara de nuvens e mostrou que a partícula alfa era absorvida e que o núcleo resultante era de oxigênio.

• E. Rutherford (1919). Collision of α Particles with Light Atoms. IV. An Anomalous Effect in Nitrogen. Philosophical Magazine 37, 581.
• P. M. S. Blackett (1925). The Ejection of Protons from Nitrogen Nuclei, Photographed by the Wilson Method. Proceedings of the Royal Society A 107, 349.

Compton fez incidir raios X da linha Kα do molibdênio, com comprimento de onda de 0.071 nm, sobre um bloco de grafite e mediu com um espectrômetro de cristal o comprimento de onda dos raios espalhados. Quanto maior o ângulo de espalhamento, maior o comprimento de onda. Tratando a colisão como um choque entre um fóton com energia hf e momento h/λ e um elétron livre, ele obteve Δλ = (h/mₑc)(1 − cos θ), cerca de 0.0024 nm a 90°, de acordo com as medidas.

• A. H. Compton (1923). A Quantum Theory of the Scattering of X-rays by Light Elements. Physical Review 21, 483.

Bothe e Becker tinham visto que o berílio bombardeado com partículas alfa emitia uma radiação muito penetrante, e o casal Joliot-Curie mostrou que ela arrancava prótons da parafina. Se fosse radiação gama, os fótons precisariam de energias muito maiores do que as disponíveis. Chadwick mediu os recuos de prótons e de núcleos de nitrogênio e concluiu que se tratava de uma partícula neutra com massa próxima à do próton. Anderson usava uma câmara de nuvens num campo magnético, com uma placa de chumbo de 6 mm no meio. A placa freava a partícula e mostrava o sentido do movimento, a curvatura indicava carga positiva e o alcance do rastro excluía o próton.

• J. Chadwick (1932). Possible Existence of a Neutron. Nature 129, 312.
• C. D. Anderson (1933). The Positive Electron. Physical Review 43, 491.

Neddermeyer e Anderson mediram quanta energia as partículas dos raios cósmicos perdiam ao atravessar uma placa de platina dentro da câmara de nuvens. Algumas perdiam muito menos do que um elétron de mesma curvatura perderia e não formavam chuveiros, mas ionizavam pouco demais para serem prótons. A massa ficava entre as duas. Em 1947, Conversi, Pancini e Piccioni mostraram que essas partículas, quando negativas e paradas em carbono, decaíam em vez de serem capturadas pelos núcleos. Uma partícula responsável pela força nuclear seria capturada quase de imediato.

• S. H. Neddermeyer & C. D. Anderson (1937). Note on the Nature of Cosmic-Ray Particles. Physical Review 51, 884.
• M. Conversi, E. Pancini & O. Piccioni (1947). On the Disintegration of Negative Mesons. Physical Review 71, 209.

As novas chapas da Ilford, com emulsão mais espessa e sensível, registravam o rastro de uma partícula carregada como uma trilha de grãos de prata. Lattes levou chapas ao monte Chacaltaya, a 5200 m de altitude, onde o fluxo de raios cósmicos é muito maior que ao nível do mar. Ao microscópio, a equipe encontrou rastros em que uma partícula parava e dela saía outra, sempre com o mesmo alcance. Era o píon decaindo em múon, e a contagem de grãos mostrava que a primeira partícula era mais pesada que a segunda. No mesmo ano, Rochester e Butler viram numa câmara de nuvens rastros em forma de V, vindos do decaimento de uma partícula neutra e pesada, o káon.

• C. M. G. Lattes, H. Muirhead, G. P. S. Occhialini & C. F. Powell (1947). Processes Involving Charged Mesons. Nature 159, 694.
• C. M. G. Lattes, G. P. S. Occhialini & C. F. Powell (1947). Observations on the Tracks of Slow Mesons in Photographic Emulsions. Nature 160, 453.
• G. D. Rochester & C. C. Butler (1947). Evidence for the Existence of New Unstable Elementary Particles. Nature 160, 855.

Para criar um par de próton e antipróton numa colisão contra um próton em repouso, o feixe precisa de cerca de 5.6 GeV. O Bevatron acelerava prótons até 6.2 GeV. Os prótons atingiam um alvo de cobre, e ímãs selecionavam as partículas negativas com um mesmo momento. Com o momento fixo, o tempo de voo entre dois cintiladores separados por 12 m dava a massa. Os píons negativos, muito mais numerosos, chegavam antes. Cerca de 60 partículas chegaram com o atraso correspondente à massa do próton.

• O. Chamberlain, E. Segrè, C. Wiegand & T. Ypsilantis (1955). Observation of Antiprotons. Physical Review 100, 947.

O reator de Savannah River emitia um fluxo enorme de antineutrinos. Cowan e Reines usaram tanques com água e cloreto de cádmio entre cintiladores líquidos. Um antineutrino que atinge um próton da água produz um pósitron e um nêutron. O pósitron se aniquila logo e emite dois raios gama. O nêutron é capturado pelo cádmio alguns microssegundos depois e emite outros raios gama. Exigir esses dois sinais em sequência eliminava quase todo o ruído. A taxa medida, de cerca de três eventos por hora, caía quando o reator era desligado.

• C. L. Cowan, F. Reines, F. B. Harrison, H. W. Kruse & A. D. McGuire (1956). Detection of the Free Neutrino. A Confirmation. Science 124, 103.

No AGS de Brookhaven, prótons de 15 GeV atingiam um alvo de berílio e produziam píons, que decaem em múon e neutrino. Uma blindagem de 13.5 m de aço, feita de chapas de um navio de guerra desmontado, absorvia tudo menos os neutrinos. Do outro lado, uma câmara de faíscas com 10 toneladas de alumínio registrava as raras interações. A equipe contou algumas dezenas de rastros longos e retos, típicos de múons, e apenas uns poucos candidatos a elétron, compatíveis com o ruído. Se houvesse um único tipo de neutrino, múons e elétrons deveriam aparecer em número parecido.

• G. Danby, J.-M. Gaillard, K. Goulianos, L. M. Lederman, N. Mistry, M. Schwartz & J. Steinberger (1962). Observation of High-Energy Neutrino Reactions and the Existence of Two Kinds of Neutrinos. Physical Review Letters 9, 36.

Na família de 10 bárions, as massas crescem em degraus de cerca de 150 MeV a cada quark estranho a mais, das partículas Δ, com 1232 MeV, às Σ* e Ξ*. A décima posição estava vazia. Gell-Mann previu que ela seria ocupada por uma partícula com carga negativa e massa perto de 1680 MeV, que só poderia decair pela interação fraca e, por isso, viveria o suficiente para deixar um rastro. Em Brookhaven, um feixe de káons negativos atravessou a câmara de bolhas de hidrogênio líquido de 80 polegadas. Entre dezenas de milhares de fotografias, um evento mostrou a cadeia de decaimentos esperada, com massa de 1686 ± 12 MeV.

• V. E. Barnes et al. (1964). Observation of a Hyperon with Strangeness Minus Three. Physical Review Letters 12, 204.

O acelerador linear do SLAC, com 3 km de comprimento, produzia elétrons de até 20 GeV. A equipe do MIT e do SLAC mediu quantos elétrons eram espalhados em grandes ângulos com grande perda de energia. Se a carga do próton estivesse distribuída de modo uniforme pelo seu volume, esses espalhamentos seriam raros. Eles eram frequentes, e as funções de estrutura medidas quase não dependiam da energia transferida, como Bjorken tinha previsto para constituintes pontuais. Feynman chamou esses constituintes de pártons. Medidas com feixes de neutrinos no CERN mostraram depois que eles tinham as cargas fracionárias dos quarks.

• E. D. Bloom et al. (1969). High-Energy Inelastic e–p Scattering at 6° and 10°. Physical Review Letters 23, 930.
• M. Breidenbach et al. (1969). Observed Behavior of Highly Inelastic Electron-Proton Scattering. Physical Review Letters 23, 935.

A equipe de Ting bombardeava berílio com prótons e media pares de elétron e pósitron, procurando picos na massa do par. Encontrou um pico estreito em 3.1 GeV. No anel SPEAR do SLAC, a equipe de Richter colidia elétrons e pósitrons variando a energia em pequenos passos. Em 3.1 GeV a taxa de produção de hádrons subiu cerca de cem vezes, numa faixa de energia muito estreita. Uma partícula tão pesada e tão estável só se explicava com um quarto quark, cujo par com o antiquark não decai facilmente em quarks mais leves. O episódio ficou conhecido como a Revolução de Novembro.

• J. J. Aubert et al. (1974). Experimental Observation of a Heavy Particle J. Physical Review Letters 33, 1404.
• J.-E. Augustin et al. (1974). Discovery of a Narrow Resonance in e⁺e⁻ Annihilation. Physical Review Letters 33, 1406.

A equipe de Perl procurava, no SPEAR, colisões de elétrons e pósitrons que produzissem exatamente um elétron e um múon de cargas opostas e nada mais visível. Nenhum processo conhecido fazia isso. Eles encontraram 24 eventos assim, com energia e momento faltando, o que indica que pelo menos duas partículas invisíveis tinham escapado. A explicação era a produção de um par de léptons novos e pesados, cada um decaindo num lépton mais leve e em neutrinos. A massa medida depois foi de 1.78 GeV.

• M. L. Perl et al. (1975). Evidence for Anomalous Lepton Production in e⁺e⁻ Annihilation. Physical Review Letters 35, 1489.

A equipe de Lederman lançou prótons de 400 GeV do Fermilab contra alvos de cobre e de platina e mediu pares de múons de cargas opostas. No espectro de massa desses pares apareceu um excesso em torno de 9.5 GeV, depois resolvido em mais de um estado. Pela mesma lógica do J/ψ, um estado ligado de quark e antiquark tão pesado exigia um quinto quark, com carga −1/3.

• S. W. Herb et al. (1977). Observation of a Dimuon Resonance at 9.5 GeV in 400-GeV Proton-Nucleus Collisions. Physical Review Letters 39, 252.

Em colisões de elétrons e pósitrons, um par de quark e antiquark aparece no detector como dois jatos de hádrons em sentidos opostos. Se um dos quarks emitir um glúon de alta energia, surge um terceiro jato, e os três ficam num mesmo plano. Os experimentos TASSO, MARK-J, PLUTO e JADE, no PETRA, com energias de cerca de 30 GeV, encontraram esses eventos de três jatos na proporção prevista pela Cromodinâmica Quântica.

• R. Brandelik et al. (TASSO) (1979). Evidence for Planar Events in e⁺e⁻ Annihilation at High Energies. Physics Letters B 86, 243.

Para produzir partículas com quase 100 vezes a massa do próton, o CERN transformou o SPS num colisor de prótons e antiprótons, com 540 GeV no centro de massa. Isso só foi possível porque van der Meer desenvolveu o resfriamento estocástico, que concentra os antiprótons num feixe denso. O W é identificado quando decai num elétron de grande momento transversal e num neutrino, que se revela pela energia que falta no balanço. O Z aparece como um par de elétron e pósitron, ou de múons, com massa total de 91 GeV. Os primeiros artigos tinham poucos eventos, seis W no UA1 e quatro no UA2.

• G. Arnison et al. (UA1) (1983). Experimental Observation of Isolated Large Transverse Energy Electrons with Associated Missing Energy at √s = 540 GeV. Physics Letters B 122, 103.
• M. Banner et al. (UA2) (1983). Physics Letters B 122, 476.
• G. Arnison et al. (UA1) (1983). Experimental Observation of Lepton Pairs of Invariant Mass around 95 GeV/c² at the CERN SPS Collider. Physics Letters B 126, 398.

No Tevatron, prótons e antiprótons colidiam com 1.8 TeV. Um par de quark top e antitop decai quase sempre em dois bósons W e dois quarks bottom. Os experimentos procuraram eventos com um lépton de grande energia, energia faltante e vários jatos, alguns deles identificados como vindos de quarks bottom pelo pequeno deslocamento do ponto de decaimento. Depois de reunir algumas dezenas de candidatos acima do ruído esperado, CDF e DØ anunciaram a descoberta no mesmo dia.

• F. Abe et al. (CDF) (1995). Observation of Top Quark Production in p̄p Collisions. Physical Review Letters 74, 2626.
• S. Abachi et al. (DØ) (1995). Observation of the Top Quark. Physical Review Letters 74, 2632.

Os raios cósmicos que atingem a atmosfera produzem neutrinos do elétron e do múon em proporção conhecida, vindos de todas as direções. Os que chegam de cima percorreram cerca de 15 km, e os que chegam de baixo atravessaram a Terra, cerca de 13000 km. O Super-Kamiokande, com 50 mil toneladas de água, distingue pela forma do anel de luz Cherenkov se o neutrino gerou um múon ou um elétron. Os eventos com elétron vinham por igual de cima e de baixo. Os eventos com múon vindos de baixo eram cerca de metade dos esperados. A dependência com a distância percorrida indicava oscilação, e a oscilação exige que os neutrinos tenham massas diferentes, logo que pelo menos um deles tenha massa.

• Y. Fukuda et al. (1998). Evidence for Oscillation of Atmospheric Neutrinos. Physical Review Letters 81, 1562.

Prótons de 800 GeV do Tevatron atingiam um bloco de tungstênio e produziam mésons com quark charm, alguns dos quais decaem em tau e neutrino do tau. Blindagens e ímãs removiam as partículas carregadas. Os neutrinos atravessavam placas de ferro intercaladas com emulsão nuclear. Quando um neutrino do tau interagia, nascia um tau, que percorria cerca de 1 mm antes de decair. Na emulsão isso aparece como um rastro que dobra bruscamente logo depois de começar. A equipe identificou 4 eventos assim entre cerca de 200 interações de neutrinos analisadas.

• K. Kodama et al. (DONUT) (2001). Observation of Tau Neutrino Interactions. Physics Letters B 504, 218.

O bóson de Higgs vive cerca de 10⁻²² s e só é visto pelos produtos do seu decaimento. Os dois canais mais limpos foram o decaimento em dois fótons e o decaimento em dois bósons Z, que leva a quatro léptons. Nos dois canais apareceu um pequeno excesso de eventos com massa total perto de 125 GeV sobre um fundo muito maior. Com os dados de 2011 e 2012, cada experimento chegou a uma significância de cerca de 5 desvios-padrão, o que corresponde a uma chance de cerca de uma em 3 milhões de que uma flutuação do fundo produzisse o sinal.

• ATLAS Collaboration (2012). Observation of a New Particle in the Search for the Standard Model Higgs Boson with the ATLAS Detector at the LHC. Physics Letters B 716, 1.
• CMS Collaboration (2012). Observation of a New Boson at a Mass of 125 GeV with the CMS Experiment at the LHC. Physics Letters B 716, 30.