人们对于“粒子”是什么，有着许多不同的理解：点状物体、场的激发源、纯数学照进现实的一个斑点......但是，如今物理学家对于粒子这个概念的理解，发生了前所未有的巨大改变。基本粒子是组成宇宙的基础物质，但同时它也尤为奇怪。简单的解释总是不能令人满意：大家普遍认为，电子、光子、夸克和其他的“基本”粒子缺乏内部结构或者物理体积。然而，粒子有明确的性质，比如电荷和质量。
但是，一个没有维度的点，如何承载重量？
对于任何物体，它的性质都是由构成它的物质——最终会归结到粒子——决定的。但是粒子的性质不是由自己的成分决定的，而是由其数学形式决定的。粒子站在数学和现实两个世界相接触的那一点，立足处有些摇晃。十多位粒子物理学家对于“什么是粒子”给出了多样的描述，还阐述了两个迅速发展的理论，目标是得到一个描述粒子的统一图像。
古希腊哲学家德谟克利特认为，大自然最基础的构成单元——粒子是存在的。理解它的征途由此开始。两千年后，牛顿和惠更斯就“光是波还是粒子”进行了辩论。约250年后，量子力学的发展证明了两位伟人都是对的：光以独立的小份能量——光子的形式发出，表现出既像粒子又像波的特点。波粒二象性给人一种深深的陌生感。
二十世纪二十年代量子力学告诉人们，对于光子以及其它的量子化的物体，最恰当的描述不是粒子或者波，而是“波函数”。
20世纪30年代，物理学家意识到，多个光子构成的集体，会表现出单个波在电磁场中传播的特性，恰如19世纪的麦克斯韦电磁波理论。研究人员将经典场论量子化，对场作出限制，使其只能以离散量（称为场的“量子”）进行振荡。除光子（光的量子）外，狄拉克等人发现，该思想可以外推到电子和其他所有粒子：根据量子场论，粒子是全空间量子场的激发。
马克·范·拉姆斯登克是不列颠哥伦比亚大学受人尊敬的理论物理学家。他还记得当年在普林斯顿大学读研时的第一节量子场论课。教授进来，看着学生们问道：“什么是粒子？”一位提前预习过课程的同学答道：“庞加莱群的一个不可约表示。”教授把定义当作常识，跳过任何解释，开始了一系列令人费解的课程。这是懂行的人有深度的标准答案：粒子是“对称群”的“表示”（对称群是对称变换的集合）。
20世纪中叶，人们用新的标签：“色”和“味”来描述粒子之间这些额外的区别。理论家们开始明白，这些额外属性反映了额外的变化方式。不是在时空中移动，而是更抽象：改变粒子的“内部”状态。谢尔登·格拉肖在1979年12月于欧洲核子研究中心（CERN）作报告，两周前他刚刚被授予诺贝尔物理学奖。
以“色”代表的特性为例：在20世纪60年代，物理学家发现，夸克作为原子核的基本成分，以三种可能状态的概率组合存在，他们称之为“红色”、“绿色”和“蓝色”。状态与实际颜色无关，重要的是标签的数量：夸克的三个标签，是一组称为SU(3)的变换的表示，包含了无数种数学上混合这三种标签的方式。
20世纪70年代，格拉肖、纳波洛等人尝试将SU(3)、SU(2)和U(1)整合到一个更大的变换群中，他们认为在宇宙之初，粒子是单一对称群的表示（随着对称性破缺，情况变复杂）。这种“大统一理论”最自然的候选者是一个叫做SU(5)的对称群，但很快就被实验所排除。其他不那么吸引人的可能性仍在等待考验。研究人员对弦理论寄予了更高的期望：如果你离粒子足够近，你看到的将不是点，而是一维的振动弦。
还会看到六个额外空间维度（弦论认为在我们熟悉的4D时空结构中这些维度是卷曲起来的）。小尺度的几何结构决定了弦的性质，从而决定了宏观世界。
这些工作的首个口号是“it-from-qubit（它来自量子比特）”。它的意思是说，宇宙中的一切事物——所有的粒子，以及那些像松饼镶嵌蓝莓一样“镶嵌”了粒子的时空结构——都是由信息的量子比特（qubit）产生的。量子比特是两种状态（0和1）的概率组合。
（量子比特可以存储在物理系统中，就像比特可以存储在晶体管中一样，但你可以更抽象地把它们看作信息本身。）当有多个量子比特时，它们的可能态会纠缠在一起，因此每个量子比特的状态都依赖于其它所有量子比特的状态。通过这些偶然性，少量的纠缠量子比特可以编码大量的信息。
另一组自称为“振幅学家”的研究人员试图将关注重点回到粒子本身。他们认为，量子场论把故事讲得太复杂了。
物理学家用量子场论来计算散射振幅，这是现实中最基本的可计算特征。当粒子碰撞时，振幅告诉你粒子如何变形或散射。粒子间的相互作用造就了世界，因此物理学家检验他们对世界描述的方法，是将其散射振幅公式与欧洲大型强子对撞机等实验中粒子碰撞的结果进行比较。通常，为了计算振幅，物理学家会系统地考虑所有可能的方式，即碰撞的涟漪可能会在遍布宇宙的量子场中回荡，然后才产生稳定的粒子，这些粒子会从碰撞地点飞走。
与此同时，阿卡尼·哈默德和他的合作者们发现了一种全新的数学工具，可以直接找到答案，比如amplituhedron——一个几何对象，可对其体积中的粒子散射振幅进行编码。粒子在时空中碰撞并引发因果连锁反应的画面已经一去不复返了。阿卡尼·哈默德说：“我们试图在柏拉图的思想世界里找到这些物体，这些物体会自动赋予我们（因果）属性。”“然后我们可以说，‘啊哈，现在我明白了为什么这幅图像可以用演化来解释。’”
从量子比特和振幅学的角度来看，大问题的处理方式如此不同，很难说这两幅图是互补的还是矛盾的。恩格尔哈特说：“归根结底，量子引力有一些数学结构，我们都在不断完善。”她补充说，最终将需要引力和时空的量子理论来回答这个问题，“在最基本的尺度上，宇宙的基本组成部分是什么？或者什么是粒子？”与此同时，恩格尔哈特说，“其实‘我们不知道’才是简短的回答。”