Os bariões e mésons são partículas subatômicas complexas construídas a partir de objetos mais-elementares, os quarks. Seis tipos de quarks, juntamente com seus antiquarks correspondentes, são necessários para contabilizar todos os hadrons conhecidos. As seis variedades, ou “sabores”, de quark adquiriram os nomes para cima, para baixo, charme, estranho, topo e fundo. O significado desses nomes um tanto incomuns não é importante; eles surgiram por uma série de razões. O que é importante é a forma como os quarks contribuem para a matéria em diferentes níveis e as propriedades que possuem.
Os quarks são incomuns na medida em que carregam cargas elétricas de menor magnitude do que e, o tamanho da carga do elétron (1,6 × 10-19 coulomb). Isto é necessário se os quarks forem combinados para dar as cargas elétricas corretas para as partículas observadas, geralmente 0, +e, ou -e. Apenas dois tipos de quarks são necessários para construir prótons e neutrões, os constituintes dos núcleos atómicos. Estes são o quark para cima, com uma carga de +2/3e, e o quark para baixo, que tem uma carga de -1/3e. O próton consiste em dois quarks superiores e um inferior, o que lhe dá uma carga total de +e. O neutron, por outro lado, é construído a partir de um quark em cima e dois quarks em baixo, o que lhe dá uma carga líquida de zero. As outras propriedades dos quarks para cima e para baixo também se somam para dar os valores medidos para o próton e o nêutron. Por exemplo, os quarks têm giros de 1/2. Para formar um próton ou um nêutron, que também tem spin 1/2, os quarks devem se alinhar de tal forma que dois dos três spins se anulam, deixando um valor líquido de 1/2.
Up e down quarks também podem se combinar para formar outras partículas além de prótons e nêutrons. Por exemplo, as rotações dos três quarks podem ser organizadas de forma a não serem canceladas. Neste caso eles formam estados de ressonância de curta duração, aos quais foi dado o nome de delta, ou Δ. Os deltas têm giros de 3/2, e os quarks para cima e para baixo combinam em quatro configurações possíveis – uuuu, uud, udd, e ddd – onde u e d significam para cima e para baixo. As cargas destes estados Δ são +2e, +e, 0, e -e, respectivamente.
Os quarks para cima e para baixo também podem se combinar com seus antiquarks para formar mésons. O pi-meson, ou pioneiro, que é o méson mais leve e um componente importante dos raios cósmicos, existe em três formas: com carga e (ou 1), com carga 0, e com carga -e (ou -1). No estado positivo um quark acima combina com um antiquark abaixo; um quark abaixo com um antiquark acima compõe o pioneiro negativo; e o pioneiro neutro é uma mistura mecânica quântica de dois estados-uu e dd, onde a barra sobre o topo da letra indica o antiquark.
Up e down são as variedades mais leves de quarks. Um pouco mais pesados são um segundo par de quarks, charme (c) e estranho (s), com cargas de +2/3e e -1/3e, respectivamente. Um terceiro par de quarks, ainda mais pesado, consiste no topo (ou verdade, t) e no fundo (ou beleza, b), novamente com cargas de +2/3e e -1/3e, respectivamente. Estes quarks mais pesados e seus antiquarks combinam-se com os quarks para cima e para baixo e uns com os outros para produzir uma gama de hadrons, cada um mais pesado que o protão básico e pioneiro, que representam as variedades mais leves de bariões e mesões, respectivamente. Por exemplo, a partícula chamada lambda (Λ) é um barião construído a partir de u, d, e s quarks; assim, é como o nêutron mas com um d quark substituído por um s quark.