В середине 20 века случился настоящий бум элементарных частиц. К 1960 году таких частиц было найдено больше сотни. Энрико Ферми даже как то сказал Леону Ледерману (тогда еще студенту): "Если бы я мог запомнить названия всех элементарных частиц, то я бы стал ботаником".
Такое количество элементарных частиц создало в физике ситуацию, сходную с той, что была в химии до появления таблицы Менделеева, то есть сумятицу и беспорядок, но понимание того, что в основе такого числа элементарных частиц лежит что-то общее, Но только вот что?
Физики естественно пытались по-разному группировать частицы в поисках закономерности. Тяжелые и средние по массе частицы были названы адронами, потом их разбили на барионы и мезоны. Их объединили, потому что они участвовали в сильном взаимодействии.
Но, для того чтобы объяснить многообразие атомов и их структуру в таблице Менделеева понадобились протоны, нейтроны и электроны. Значит и для объяснения множества элементарных частиц было нужно какое-то основание.
В 1964 году американские физики Марри Гелл-Ман и Джордж Цвейг независимо предложили одинаковую идею. Состоящую в том, все адроны состоят из трех более мелких частиц и соответствующих им античастиц. Эти (первые) три кварка были названы верхний (u - от англ. up), нижний (d - down) и странный (s - strange). Они обладают дробными зарядами +2/3, -1/3, -1/3 соответственно, а у антикварков заряды противоположные.
В этой гипотезе протоны и нейтроны составлены из трех кварков: uud и udd, а обширная группа мезонов состоит из комбинации пары кварк-антикварк. Так отрицательный пион - это сочетание нижнего кварка и верхнего антикварка. Кварки сразу позволили упорядочить элементарные частицы с математической точки зрения, но опытных данных не было.
Они появились чуть позже, когда коллектив ученых Стэнфордского университета Массачусетского технологического института на линейном ускорителе частиц стал бомбардировать электронами водород и дейтерий (в ядре есть протон и нейтрон). При бомбардировке измеряли углы отклонения и энергию рассеивания электронов. При небольших значениях энергий электронов протоны и нейтроны вели себя, как "однородные" частицы, просто отклоняя электроны на небольшие углы.
Все менялось, когда энергия пучка электронов становилась большой. В таких высокоэнергетичных пучках некоторая часть электронов рассеивалась на большие углы, причем с потерей очень больших запасов энергии.
Ричард Фейнман и Джеймс Бьеркен полученный результат истолковали как свидетельство составного устройства протонов и нейтронов в виде кварков.
