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L’inizio del 1900 fu un periodo ricco di nuove scoperte che aprirono le porte ad aspetti della fisica completamente nuovi: nel 1986 Thomson scopre l’elettrone e con questo si comprende che l’atomo ha una sua struttura interna di cui occorre comprenderne i componenti e le leggi che la governano. Nello stesso anno Bequerel scopre che alcune sostanze in modo spontaneo emettono della radiazione in grado di annerire una lastra fotografica: è la scoperta della radioattività naturale, fenomeno che guiderà alla comprensione della fisica nucleare.

Proprio nel tentativo di spiegare i meccanismi che regolano il decadimento \( \beta \) Pauli postula l’esistenza di una particella, il neutrino, la cui esistenza verrà provata sperimentalmente solo molti anni più tardi.

Nel 1911 intanto Victor Franz Hess, compiendo coraggiosi voli in mongolfiera scopre i raggi cosmici: il loro studio porterà alla scoperta nel 1932 del positrone, la prima antiparticella, e poi di numerose altre particelle instabili, la cui esistenza era fino al quel momento sconosciuta.

A poco a poco accanto allo studio dei raggi cosmici si cominciano ad affiancare macchine in grado di riprodurre ciò che i raggi cosmici producono in alta quota, ossia urti tra particelle in grado di svelare i segreti della materia: inizia così la fisica delle alte energie condotta attraverso l'utilizzo di acceleratori di particelle sempre più potenti. Da queste ricerche nascerà il modello standard che riassume ciò che noi oggi conosciamo della materia, modello che contempla il neutrino tra i suoi componenti elementari.