Dall'atomo ai quark

Se immaginiamo di ingrandire una goccia d'acqua fino a farle raggiungere le dimensioni della Terra, un atomo, nelle proporzioni, assumerà un diametro di pochi metri. Il diametro del suo nucleo, conseguentemente, sarà di appena qualche centesimo di millimetro. Perciò l'atomo, salvo il piccolo e massiccio nucleo, è quasi perfettamente vuoto. Possiamo allora considerare neutrone e protone come una stessa particella: il nucleone.
I dati sperimentali mostrano che la forza protone-protone, la forza neutrone-neutrone e la forza neutrone-protone sono essenzialmente identiche. Le forze tra nucleoni sono indipendenti dalla carica elettrica posseduta dal protone. I nucleoni formano perciò la materia adronica (materia pesante).
La massa di un protone è circa 2.000 volte maggiore della massa di un elettrone che rientra a far parte della materia leptonica, ovvero materia leggera.
Dallo studio dei raggi cosmici, scoperti circa un secolo fa, emerse l'esistenza di un'altra famiglia di particelle non del tutto inattesa. Il fisico giapponese Yukawa aveva previsto, su basi squisitamente teoriche, l'esistenza di particelle 200 volte più pesanti dell'elettrone e massa 1/10 di quella del protone. Esse furono chiamate mesoni che, dal greco classico, significa "intermedie". Queste particelle hanno un potere penetrante notevole rispetto agli elettroni ma sono instabili.