Ở mức độ siêu nhỏ này, chưa có bằng chứng nào cho thấy quark có cấu trúc bên trong. Tuy nhiên, lịch sử khoa học từng chứng minh rằng những gì được xem là “cơ bản” có thể hé lộ tầng sâu hơn: từ phân tử đến nguyên tử, rồi đến hạt nhân dày đặc cùng lớp mây electron bao quanh.

Hơn một thế kỷ trước, Rutherford đã phát hiện ra hạt nhân bằng cách bắn chùm hạt nhân heli vào lá vàng. Kết quả tán xạ ở nhiều góc độ cho thấy bên trong nguyên tử tồn tại một hạt nhân nhỏ gọn. Sau đó, hạt nhân được chứng minh gồm proton và neutron, rồi chính các hạt này lại được phát hiện cấu tạo từ quark.

Ngày nay, các thí nghiệm tại LHC, trong đó có CMS, tiếp tục cuộc hành trình này bằng cách va chạm proton ở năng lượng cực cao để tìm kiếm khả năng quark có cấu trúc phức hợp. Khi hai chùm proton va chạm, chúng vỡ ra thành các quark, tạo thành hai “tia” hạt (jets). Góc tán xạ giữa các tia này được đo và so sánh với mô hình giả định quark là hạt điểm.

Kết quả mới nhất từ dữ liệu giai đoạn hai của LHC cho thấy không có sự sai lệch đáng kể so với mô hình quark điểm-like. Điều này đồng nghĩa nếu quark có cấu trúc bên trong, kích thước của chúng không lớn hơn 10⁻²⁰ mét. Mức giới hạn này được xác định dựa trên năng lượng mà tại đó “tính hợp phần” của quark có thể lộ diện. Với mô hình giả định quark là hạt hợp phần, CMS đã đặt ra giới hạn nghiêm ngặt nhất từ trước đến nay ở mức 37 TeV.

Tương tự như thí nghiệm của Rutherford chỉ thành công nhờ chùm hạt có đủ năng lượng, việc nâng cao năng lượng va chạm trong các thí nghiệm tương lai có thể giúp phát hiện những cấu trúc nhỏ hơn bên trong quark. Dữ liệu từ giai đoạn ba của LHC và dự án LHC Độ sáng cao (High-Luminosity LHC) hứa hẹn sẽ giảm thiểu sai số trong phép đo góc tán xạ, mở ra cơ hội tiếp tục hành trình tìm kiếm những viên gạch nhỏ nhất của vật chất.