Barionii și mezonii sunt particule subatomice complexe construite din obiecte mai elementare, quarcii. Șase tipuri de quarci, împreună cu antiquarcii lor corespunzători, sunt necesare pentru a da seama de toți hadronii cunoscuți. Cele șase varietăți sau „arome” de quark au primit numele de up, down, charm, strange, top și bottom. Semnificația acestor denumiri oarecum neobișnuite nu este importantă; ele au apărut din mai multe motive. Ceea ce este important este modul în care quarcurile contribuie la materie la diferite niveluri și proprietățile pe care le poartă.
Quarkurile sunt neobișnuite prin faptul că poartă sarcini electrice care sunt mai mici ca mărime decât e, mărimea sarcinii electronului (1,6 × 10-19 coulombi). Acest lucru este necesar pentru ca quarcii să se combine între ei pentru a da sarcinile electrice corecte pentru particulele observate, de obicei 0, +e sau -e. Doar două tipuri de quark sunt necesare pentru a construi protoni și neutroni, constituenții nucleelor atomice. Acestea sunt quarkul up, cu o sarcină de +2/3e, și quarkul down, care are o sarcină de -1/3e. Protonul este alcătuit din doi quarci up și un quarc down, ceea ce îi conferă o sarcină totală de +e. Pe de altă parte, neutronul este alcătuit dintr-un quarc up și doi quarci down, astfel încât are o sarcină netă de zero. Celelalte proprietăți ale quarcilor up și down se adună, de asemenea, pentru a obține valorile măsurate pentru proton și neutron. De exemplu, quarcii au spini de 1/2. Pentru a forma un proton sau un neutron, care au, de asemenea, spin 1/2, quarcii trebuie să se alinieze în așa fel încât două dintre cele trei spini să se anuleze reciproc, lăsând o valoare netă de 1/2.
Pentru a forma un proton sau un neutron, care au, de asemenea, spin 1/2, quarcii trebuie să se alinieze în așa fel încât două dintre cele trei spini să se anuleze reciproc, lăsând o valoare netă de 1/2. De exemplu, spinii celor trei quarci pot fi aranjați astfel încât să nu se anuleze. În acest caz, ei formează stări de rezonanță de scurtă durată, care au primit numele de delta sau Δ. Deltele au spini de 3/2, iar quarcii up și down se combină în patru configurații posibile – uuuu, uud, udd și ddd – unde u și d reprezintă up și down. Sarcinile acestor stări Δ sunt +2e, +e, 0 și, respectiv, -e.
Quarkii up și down se pot combina, de asemenea, cu antiquarcii lor pentru a forma mezoni. Mezonul pi, sau pionul, care este cel mai ușor mezon și o componentă importantă a razelor cosmice, există în trei forme: cu sarcina e (sau 1), cu sarcina 0 și cu sarcina -e (sau -1). În starea pozitivă, un quarc up se combină cu un antiquarc down; un quarc down împreună cu un antiquarc up compun pionul negativ; iar pionul neutru este un amestec mecanic cuantic de două stări -uu și dd, unde bara de deasupra literei indică antiquarcul.
Up și down sunt cele mai ușoare varietăți de quarci. Ceva mai grele sunt o a doua pereche de quarci, charm (c) și strange (s), cu sarcini de +2/3e și, respectiv, -1/3e. O a treia pereche de quarci, și mai grea, este formată din top (sau adevăr, t) și bottom (sau frumusețe, b), din nou cu sarcini de +2/3e și, respectiv, -1/3e. Acești quarci mai grei și antiquarcii lor se combină cu quarcii up și down și între ei pentru a produce o serie de hadroni, fiecare dintre aceștia fiind mai greu decât protonul și pionul de bază, care reprezintă cele mai ușoare varietăți de barion și, respectiv, mezon. De exemplu, particula numită lambda (Λ) este un barion construit din quarci u, d și s; astfel, este ca neutronul, dar cu un quarc d înlocuit cu un quarc s.
.