Quark
Murray Gell-Mann e George Zweig furono in grado di spiegare la composizione di tutti i mesoni e barioni osservati con tre soli tipi di
quarks: gli up, i down e gli strange, coi relativi antiquarks.
La parte più rivoluzionaria della loro idea è che decisero di assegnare ai quarks cariche elettriche di 2/3 e -1/3, assumendo la carica del protone come unità, e cariche di questo tipo non erano mai state osservate. La ragione di questo fatto è che i quarks non sono mai stati trovati separatamente, ma solo in particelle composite chiamte adroni.
Nel gruppo degli adroni, le due classi individuabili, quella dei
barioni e quella dei mesoni, si distingouno perchè i primi contengono tre quarks e i secondi un quark ed un antiquarkGli antiquarks sono le antiparticelle dei quarks: essi hanno stessa massa e carica opposta rispetto al quark corrispondente. Quando un quark incontra un antiquark, essi possono
annichilirsi, scomparendo per fornire altre forme di energia.Presto però si rese necessaria l'aggiunta di nuovi tipi di quarks, dato che il numero delle particelle scoperte aumentava in continuazione e tutte la possibili combinazioni dei primi tre quarks erano state già utilizzate. Furono così introdotti nuovi tipi ("sapori") di quarks: in un primo momento fu aggiunto il quark charm, e successivamente, per completare la teoria, il quark bottom e il quark top.
Le particelle formate dai primi cinque tipi di quarks sono state sempre prodotte ed osservate negli aceleratori, ma il top quark ha una massa così grande che ci sono voluti molti anni e acceleratori ad altissima energia per poterlo studiare. Il quark top è stato finalmente scoperto nell'aprile del 1994 al Fermilab (Chicago).
Un successivo problema che ha reso difficile la stesura di una definitiva teoria dei quarks è stato causato dal
Principio di Esclusione di Pauli, secondo il quale due quarks non possono trovarsi contemporaneamente nello stesso stato di energia e di spin.Greemberg risolse il problema aggiungendo ad ogni quark un numero quantico supplementare, il colore. Ognuno dei sei quarks può mostrarsi in tre varietà distinte di colore: blu, verde, rosso.
Il principio di Pauli può così essere rispettato, ma tutto questo ha portato il numero dei quarks esistenti a diciotto, dando vita a nuovi dubbi sulla loro reale fondamentalità.
Circa trent'anni più tardi di Gell-Mann e Zweig l'idea dei quark ha trovato dunque conferma. Fa ora parte del "Modello Standard delle Particelle e Interazioni Fondamentali".