Mnoho vedcov sa pred Thomsonom snažilo vysvetliť, čo sa v trubici deje, avšak nakoniec sa priznalo J.J.Thomsonovi, že ako prvý dokázal, že príčinou svetla jetok častíc, ktoré nazval elektróny. Na svojej dráhe cez trubicu, častice v skutočnosti nesvietili; prazvláštné svetlo zpôsobovala ich interakcia s plyny vo vzduchu v trubici. Thomson objavil, že žiariaci tok elektrónov bol ovplyvniteľný magnetom. Pozorovaním smeru, ktorým sa tok pohyboval, prišiel na to, že tieto časti majú záporný elektrický náboj. Naviac na základe toho, do akej miery vychýlil tok elektrónov, dokázal Thomson vypočítať, že každý elektrón musí mať hmotnosť menšiu ako atóm najľahčieho známeho prvku – vodíka. Znamená to, že sa jedná o niečo elementárnejšieho, ako je atóm? A pokiaľ áno, dá sa objaviť niečo iného s odpovedajúcou hmotnosťou a inými fyzikálnymi vlastnosťami, čo by doplňovalo súčasť atómu?

Vedci na celom svete začali vyvíjať snahu, aby identifikovali aj iné častice, ktoré by sa zároveň s elektrónmi mohli vyskytovať vo vnútri atómu. Začali sa zamýšľať nad tým, o akú štruktúru by mohlo ísť. Jednou z predstav bolo, že záporne nabité elektróny sa zrejme v každom atóme pohybujú okolo jadra, ktoré je nabité kladne, takže dva opačne nabité elektrické náboje sa návzajom priťahujú a tak držia atóm pohromade. Rutherford túto predstavu rozšíril ďalej. V rámci svojej bádaťelskej činnosti dokázal, že energia vyžarovaná radioaktívnymi látkami má tri odlišné formy. V sérii pokusov zistil, že určitá časť energie dokáže preniknúť tenkou prekážkou z ťažkého kovu a časť energie to nedokáže. Okrem toho tá časť energie, ktorá prenikla tenkou prekážkou, bola zachytená silnejšou prekážkou. Ukázalo sa, že ostatná časť energie prenikal akoukoľvek veľkou prekážkou. Lúče, ktoré sa odrazili naspäť už od najtenšej prekážky, boli označené ako lúče alfa.

Ako lúče beta boli označené, tie ktoré sa odrazili od druhej prekážky a ako lúče gama boli označené tie, ktoré prenikli obidvoma prekážkami. Rutherford bol skoro schopný konštatovať o časticiach alfa dve základné veci. Zo spôsobu akým boli tieto častice vychylované magnetickým poľom, dokázal zistiť za prvé, že sú kladne nabité, a za druhé, že majú presne takú hmotnosť ako jadro hélia. Rutherford sa potom pokúsil bombardovať kúsok tenkej zlatej fólie časticami alfa, predpokladajúc, že sa dozvie niečo nového zo spôsobu, akým sa budú tieto častice od prekážky odrážať. Zlatú fóliu umiestnil so valcovitej nádoby obloženej z vnútornej strany fotograficky citlivým papierom. Papier po vyvolaní ukázal smery, ktorými boli častice od zlatej fólie odrazené. Rutherford tak mohol uskutočniť mikroskopické pozorovanie častíc odražajúcich sa do rôznych smerov vďaka scintilácie alebo neoatrnému záblesku svetla, ktoré každá častica vytvorila, keď sa odrazila od zlatej fólie.

Toto svetlo sa pohybovalo smerom k stenám valca, kde bolo zachytené na fotografický papier. K veľkému prekvapeniu sa Rutherfordovy zdalo, že niektoré častice boli po odrazení od zlatej fólie vychyľované pod veľkým uhlom. Rutherford logicky usúsdil, že to mohlo byť spôsobené len nejakou priamou odpudivou silou kladne nabitou časticou alfa a kladne nabitým jadrom atómu zlatej fólie. Aby jadro mohlo talto posobiť musí existovať medzi ním a elektrónmi voľný priestor. Elektróny musia preto okolo jadra obiehať v určitej vzdialensoti. Rutherford tak štúdiom pohybu častíc alfa odhalil štruktúru atómu, ktoré sú tvorené velmi malým jadrom s kladným elektricý nábojom a vokol neho obiehajúcich záporne nabitých elektrónov. Urýchľovanie častíc:

Sám Rutherford a okrem neho aj dánsky fyzik Niels Bohr, nakoniec vypracovali celkovú štruktúru atómu všetkých chemických prvkov. Mohli však dokázať, čo sa deje vo vnútri atómu alebo zistiť viac o jeho subatomárnych časticiach? Rutherfordov nápad na vyriešenie tohto problému bol jednoduchý. Rozhodol sa postaviť stroj na rozbíjanie atómov. Stroj bol neskôr nazvaný urýchľovačom častíc, a to preto, lebo jeho účelom bolo urýchliť pohyb častíc na takú vysokú rýchlosť, že sa na terčíku na opačnej strane urýchľovača po kolizi atom rozbil. V dobe, keď sa uskutočnili prvé pokusy s urychľovaním častíc, kozmologovia už boli dôverne oboznámení s Hubblovím pozorovaním a s teóriou veľkého tresku. Mali preto mimoriadny záujem zistiť, že či sa dá objavit elementárna subatomárna štruktúra.