作為一個前粒子物理唯象研究者，我試著不用一張統計圖和一個物理公式來回答這個問題，如果有不恰當的地方請相關人士指正。
提主舉的例子很好，一粒灰塵，我們看到他，因為在陽光下我們可以用各種辦法「捕捉」它，當然這也只限於「光學觀測」了，根據量子場論的基本推論，探測物質的尺度跟能量成反比。當觀測物的尺寸小於探測物的德布羅意波長（這個是什麽可以不用理解，能量類似「探針」，如果「探頭」比觀測物還大那肯定無法」看「了）時，探測該物質就得換能量更加高的東西。比如使用高能的光子、高能的電子或是高能的質子。探測的相關問題，可移步
目前認識物質世界的最大困難是什麽？ - One Two的回答，這裏不做過多說明了。進行小尺度的觀測，探測細胞，我們可以用顯微鏡；探測分子原子，我們只能用STM或TEM；而探測更小尺度的粒子，我們已經失去了任何「直觀」的」顯像「辦法，只能采用加速器進行對撞。
原子核有一些獨特的性質，除去物理模型（漸進自由），我們在實驗上，發現很難「開啟」它。舉個例子，他好比一個堅硬的「鬧鐘」，我們可以在外面聽到它的」聲音「（核反應），看到他的表針走動和磨損（原子衰變），但卻很難看到它裏面的結構。原子核內部的「粒子」似乎有極大的束縛能，把它們束縛在一起，「常態」下的任何辦法都只是，一個鬧鐘變成兩個小鬧鐘，或是一個大鬧鐘變成一個中鬧鐘同時放出很多「聲音」。那麽只有一個辦法看到裏面的結構，那就是撞碎他，然後從一堆的零散的零件和零件組合中，去摸索鬧鐘的構成。
這是個非常艱苦的工作。結合提主的問題，我們在諸如LEPII或是TeVTron或是LHC對撞機實驗中，真的「看到」粒子了嗎？沒有，我們只是「間接探測」到了粒子，而這個粒子甚至是我們用模型「定義」的。那麽有人就會問，什麽？你們自己定義的？你們怎麽區分這些粒子？又怎麽保證這些粒子是「新」的而不是你們自己瞎搞搞的？要回答這些問題，我們先得去看看，在對撞機裏發生了什麽。
還是以LHC為例吧。大家知道的，LHC裏有兩個大的小組，CMS和Atlas，其實這兩個小組只是對應LHC兩端的兩個探測器，每個探測器有一個對撞中心。LHC中間很長的一段都是用來做粒子加速的，目的是我上面提到的，用更高能量的物理探測更加微小的物質。那麽，探測器裏探測什麽東西？比如，我們在LHC裏把兩個高能質子撞碎了，或是說我們把兩個鬧鐘撞碎了，我們看什麽？其實原理很簡單。高中的洛倫磁力大家都學過吧，帶電粒子會在磁場中偏轉，我們確定某個粒子的性質，就是按這個原理。什麽？就這麽簡單？是的，就這麽簡單。CMS和Atlas裏面主要的東西，就是一個巨大的垂直磁場。但是，不幸的是，對撞機裏，大部份的粒子都不穩定，他們會發生衰變，我們在對撞機能觀測的「末態粒子」少的可憐，只有電子、光子、部份亞穩態強子，mu子、質子等。越不穩定的粒子，其壽命越短，能在探測器中行進的距離越短，大部份不穩定粒子甚至在對撞點剛產生就衰變掉了。而稍穩定的末態粒子，其性質早在很久之前就被人們熟知，這些粒子是被基本的模型中「公認」的，已經在實驗上經受了無數檢驗，因此並沒有」發現「一說，我們對他們只是「測量」。我們測量的辦法，就是前面提到的洛倫磁力，先用偏轉方向確定粒子種類，然後用偏轉半徑或能量儲存器測定其能動量。那對很多不穩定粒子來說，就未必了。
要說明探測不穩定粒子的辦法，我們先要看對撞機裏發生的物理過程。首先，兩個質子互相碰撞，發生所謂的「硬散射過程」（Hard Process），就是質子內部結構的誇克或膠子互相對撞，這個硬散射過程能量極高，可能會產生我們「未知」的粒子，也可能只是產生一些我們熟知的粒子。這個先不談。硬散射過程發生後，不穩定粒子馬上發生了衰變（Decay），衰變可能又會產生不穩定粒子，它們會繼續衰變，這就是衰變過程和次級衰變過程。然後，因為誇克膠子的不穩定性質，它們會發生強子化過程（Hadronlization），產生新的不穩定強子質子啊中子啊pi介子啊之類。有些強子不穩定啊，它們會發生強子衰變（Hadron Decay），最終產生一堆的光子電子質子mu子等我們熟知的穩態或亞穩態粒子（亞穩態的意思是長期看還是會衰變，但在探測器尺度內是穩定的）。
說到這裏肯定會有人問兩個問題：第一，你怎麽知道質子裏面是誇克膠子？即使是，我怎麽知道每個過程是哪個誇克跟哪個膠子撞？第二，你說的這些雜七雜八過程，好像都是你自己模型說說的，有什麽依據？第一個問題，質子內部結構研究，之前做了好幾十年了，他的性質（點粒子、漸進自由、強束縛）和模型早已清楚，在對撞機裏我們只是運用這個結果而不是去探究他，畢竟這是初態過程。而哪次對撞到底什麽跟什麽撞，一般采用部份子分布函式，根據大數統計進行模擬本底，實際上我們不知道每次對撞到底發生了什麽，但我在統計上知道什麽對撞該發生幾次。第二個問題，這些過程雖然都是按建模進行處理，但大多子過程都經過實驗檢驗，否則建立量子場論和粒子物理標準模型就沒有任何意義，標準模型也經歷了幾乎所有實驗的檢驗，是可靠的。
所以我先回答提主的問題，膠子跟誇克怎麽證明其存在？實際上在高能對撞裏我們無法證明（他們的性質在低能對撞中已經探測明了，至於怎麽探測，其實跟我們在高能中一樣，先假設他們為未知粒子，然後透過末態分析得到，但在高能探測裏，我們假設他們為我們熟知的「已知粒子」），我們只能證明其」性質「。上面說過，發生硬散射過程後，膠子、誇克因為強束縛，在能量到達Lanbda_QCD之後，他們就會發生束縛，進行強子化，從而產生一堆強子還有衰變粒子。實驗上，我們不能確認某個硬過程末態是輕誇克還是膠子（重誇克除外，b誇克可以用b tagging辦法部份辨識，Top誇克因為太重了，性質完全不同於其他誇克），我們只能看到兩個噴註（jets）。什麽？什麽是噴註？
這又要回到探測器了。LHC的探測器分為五部份：頂點探測器（Vertex Detector）、軌跡跟蹤器（Silicon Tracer）、電磁儲能器（Electromagnetic Calorimeter）、強子儲能器（Hadron Calorimeter ）、mu子探測器（Muon Chambers）。不同粒子在五部份會發生不同的「效應」，從而可以進行甄別和測量。在上面說的，對撞點附近發生硬散射、衰變、強子化、強子衰變等過程後，粒子撞入探測器，因為能量和行進方向慣性極高（Large Boost），他們會由對撞點向四面發散。部份低能的帶電粒子偏轉了，但高能粒子還是往前走。雖然有很多次級反應，而且部份粒子帶走了動量，但根據粒子慣性，大多次級反應的行進方向跟原硬散射過程中出射粒子的方向相同或相近，誇克和膠子會產生很多強子和次級強子還有光子電子一坨東西，他們沿著誇克膠子本來的行進方向，在電磁儲能器和強子儲能器裏被減速，結果我們在探測器裏就看到一束類似大喇叭型的前窄後寬的「噴註」，雖然電子和光子也會有其他反應，使得一堆粒子圍繞在他們面前而不是看到只有「一個」，但因為強子化和強子衰變帶走的縱向能量要遠大於光子電子，損失的慣性很大，因此「噴註」的角向寬度要遠大於電子光子質子之類，體現了其獨特特性。
LHC在實驗之後，都會記錄一堆的「事例」，這些「事例」以所謂的標準Les houches accord 標準記錄，其實就是一堆初態、末態粒子的能動量而已（質子對撞，初態粒子在單個事例中較為復雜，因為沒去過實驗室，我不清楚實驗上是透過什麽辦法進行初態確認，可能還是透過末態能量反推初態機率加成計算，據我推測可能實驗上的原始數據只有末態粒子資訊而已，生成的LHA事例是數據分析後得到的）。接下來大量的工作不是實驗而是數據分析了。數據分析的主要工作，是將這些末態粒子「反推」前面說的過程，並「重構」（Reconstruction）中間態粒子。重構粒子的辦法一般透過「不變品質」進行。我們知道一個粒子衰變後，末態雖然帶著動量，但如果從相對初態粒子的靜止座標系裏看，末態粒子的能量和就是初態粒子的品質，因此我們在計算末態粒子不變品質時，會在末態粒子品質這裏有個delta函式。但實際上，因為初態粒子是不穩定的，根據量子力學的原理，不穩定粒子會有一個」寬度「（半寬度的倒數即是其壽命），所以我們首先透過噴註、高能光子、高能電子、高能mu子，重構硬散射過程，然後透過硬散射過程的不變品質，做出不變品質-事例數的二維圖，就會在某個粒子品質附近看到一個明顯的峰，這個「峰」就是我們認為探測到的「粒子」。
比如雙光子道探測Higgs粒子，我們使用沒有Higgs粒子的模型，算一遍本底的的不變品質分布，然後使用有higgs的模型，算一遍訊號的不變品質分布，然後做實驗，根據實驗數據進行數據分析，「重構」硬散射過程，然後用雙光子的不變品質分布，驗證是否有higgs，還是沒有。
說起來就一句話，但裏面的工作是非常非常艱苦的。為什麽要用末態雙光子道？因為強子對撞機裏其背景很低但其實也不低，很多都不是樹圖階的過程，算起來非常繁瑣。這個背景在數據分析裏非常關鍵。大部份higgs的衰變道，QCD的背景（不用管這是什麽，你可以把它看成是噪音）都把訊號淹沒的一塌糊塗，這就好比，你用一個水泥塔測量水位，只有水泥塔最高刻度在水位之上，我們可以看到真實的水位，如果水都淹沒了水泥塔，甚至水位比水泥塔最大示數搞了幾個數量級，雖然水泥塔還在，我們卻看不到。「算一遍本底」，這句話好像很簡單，但真要計算是非常復雜的，這裏面的本底來源五花八門，在精確模擬中，甚至要模擬探測器的誤判，比如三個光子探測成兩個這種。「重構」硬散射過程？這個更加難了。這就好比在一堆10MM的細針中挑出兩個9.9MM的針。有些硬散射過程，末態粒子的能動量並非最高，次級過程的能量可能會超過「硬過程」，更何況在探測器裏，光子這種粒子再常見不過。
這裏我們可以得到結論：我們首先有熟知的粒子和過程，然後用他們去探測「新粒子」，而我們無法"看到"這個所謂的新粒子，我們只是知道一旦有這個粒子，將在實驗上看到有不同於本底的訊號，這些粒子都是理論和實驗自洽的結果。當我們熟悉這個「新粒子」內容，我們知道了它的品質、寬度、自旋等等後，我們在模型中加入這個粒子，又去模擬和實驗下一個「新粒子」的探測，周而復始，構建了現在粒子物理的標準模型和實驗框架。當然有人說既然「看不到」，那我可以自建一套理論體系說明實驗，可以有不同的模型進行「粒子描述」？可以，只要你有這個本事，能解釋所有的現有實驗。只能說，我們現在的模型不是最完美的，但是卻是最「可用」的。
最後還是忍不住放個圖作個結尾吧。
