کوارک ها و الکترون ها ریزترین ذرات شناخته شده جهان هستند. کوارک یک ذره زیراتمی است و جزء سازنده کل خانواده هادرون ها (پروتون ها، نوترون ها، پایون ها (pions) و غیره) است.
هادرون ها ذرات زیراتمی (مانند نوترون ها و بروتون ها) هستند که از کوارک تشکیل شده اند و با هم کنش های قوی دارند.
پایون ها ذرات زیراتمی هستند که جرم آنها 270 برابر جرم الکترون ها است.
در هر پروتون سه کوارک و در هر نوترون سه کوارک وجود دارد. چنان که می دانیم پروتون ها و نوترون ها خودشان بخش های تشکیل دهنده اتم ها هستند. ما نمی توانیم یک کوارک را حتی با یک میکروسکوپ الکترونی مشاهده کنیم، اما می دانیم که کوارک ها باید وجود داشته باشند چرا که تنها راه برای توضیح اتفاقاتی هستند که دانشمندان در حین انجام آزمایش های خاصی مشاهده می کنند.
اولین کوارک احتمالاً در هنگام انفجار بزرگ یعنی درست در آغاز جهان به وجود آمده است. در آن زمان هیچ چیزی در فضا وجود نداشت مگر تعداد زیادی از الکترون ها، کوارک ها، پوزیترون ها و ضد کوارک ها. اما کوارک ها دوست ندارند تنها باشند، بنابراین در کمتر از یک ثانیه بعد از انفجار بزرگ، کوارک ها به هم متصل شدند تا پروتون ها و نوترون ها را تشکیل دهند. پس از کمتر از پنج دقیقه، پروتون ها و نوترون ها همراه با الکترون ها به هم پیوستند تا اتم های هیدروژن و هلیوم را بسازند.
شش نوع کوارک وجود دارد -کوارک بالا، کوارک پایین، کوارک شگفت، کوارک افسون، کوارک ته و کوارک سر (دو تای آخری گاهی حقیقت و زیبایی نیز نامیده می شوند). این اسامی واقعاً هیچ معنایی ندارد. آنها فقط نام هایی هستند که به انواع مختلف کوارک ها داده شده اند. یک پروتون از دو کوارک بالا و یک کوارک پایین ساخته شده و یک نوترون از دو کوارک پایین و یک کوارک بالا ساخته شده. نیرویی به نام نیروی هسته ای قوی، کوارک ها را کنار هم نگه می دارد. کوارک های بالا جرم دارند، اما بیشتر جرم یک پروتون از نیروی هسته ای قوی خودش ناشی می شود تا از کوارک ها.
کوارک ها هرگز به صورت «آزاد» وجود ندارند. آنها همیشه به صورت جفت یا سه تایی ظاهر می شوند. به نظر می رسد دلیل این که کوارک ها به صورت آزاد نیستند این باشد که در واقع با افزایش فاصله کوارک ها نیروی بین آنها افزایش می یابد (بر خلاف گرانش، الکترومغناطیس و غیره). بنابراین اگر تلاش کنید دو کوارک را از هم جدا کنید، باید انرژی صرف کنید. اگر انرژی کافی صرف کنید در نهایت آن دو کوارک به دو کوارک دیگر تبدیل می شوند و کار شما به این ترتیب به اتمام می رسد که به ازای هر کوارک دو ذره جدید کوارک خواهید داشت.
