Les familles de hadrons

A partir des cinq saveurs de quark et avec leurs trois valeurs possibles de la charge de couleur, et de leurs particules, tous les hadrons observés à ce jour peuvent être construits. Les états singlets de couleur peuvent être construits, soit à partir d'un système de trois quarks, soit à partir d'un système d'une paire de quark et anti-quark.

1. les baryons, système de trois quarks, ont une masse égale ou supérieure à celle du proton et un spin demi-entier,
2. les mésons, système d'une paire d'un quark et d'un anti-quark, ont un spin entier, le plus léger étant le pion.

Pour garantir la conservation du nombre de baryons (les baryons sont des fermions et obéissent à la statistique de Fermi-Dirac) un nombre quantique additionnel égal à 1/3 (-1/3), le nombre baryonique, est attribué aux quarks (anti-quarks). Les mésons ont ainsi un nombre baryonique nulle ce qui traduit le fait que le nombre de mésons n'est pas conservé (les mésons sont des bosons et obéissent à la statistique de Bose-Einstein).

Les hadrons sont donc des particules composites constitués dans un modèle, dit modèle partonique statique (parton est un nom générique pour désigner les constituants des hadrons), de trois (baryons) ou deux (mésons) quarks. Ces quarks sont appelés quarks de valence et confèrent aux hadrons leurs propriétés. La structure des hadrons est en fait bien plus complexe : aux quarks de valence viennent s'ajouter des paires de quarks et d'anti-quarks de la mer, les quarks d'énergie négative dans la théorie de Dirac. La présence de ces derniers ne modifie pas les propriétés des hadrons mais ils contribuent cependant à leur masse. La présence des ces quarks de la mer résulte d'une propriété de la mécanique quantique qui permet à ces quarks d'exister en tant que particules avec une énergie positive pendant un laps de temps déterminé par le relation d'indétermination deHeisenberg: . Les gluons, bosons vecteurs de l'interaction forte, complètent les constituants des hadrons. Le modèle qui traite les hadrons comme constitués des trois quarks de valence, des paires de quarks et anti-quarks de la mer et des gluons est appelé modèle dynamique.