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C’est ainsi que le proton est apparu composé d’un quark down et de
deux quarks up, tandis que le neutron se composait d’un quark up et de
deux quarks down. Puisque les protons avaient une charge électrique uni-
taire égale à celle de l’électron, les quarks qui les constituaient ont été
caractérisés par une charge fractionnaire compatible, les quarks up ayant
une charge 2/3, et les quarks down une charge -1/3. Mais leur masse
n’était pas encore précisément connue, même si l’on savait que le plus
lourd était le quark strange.
La charge en quarks des hadrons a éclairé de nombreux phénomènes
de la physique sub-nucléaire. Il a été notamment possible de décrire la dé-
sintégration bêta d’un neutron en termes de transformations de quarks.
Rappelons que les hadrons, et donc aussi les quarks qui les composaient,
se distinguaient par l’interaction forte à laquelle ils étaient sujets, mais ils
étaient sensibles également à l’interaction faible, autrement dit à l’interac-
tion responsable de la désintégration bêta. Dans ce processus bêta, un neu-
tron se transformait en un proton, en émettant un électron et un antineu-
trino. Et puisqu’on avait calculé que le neutron contenait deux quarks
down et un quark up, tandis que le proton était fait d’un quark down et de
deux quarks up, pour que se produise la transformation, il était nécessaire
que l’un des quarks down du neutron devienne un quark up.
Ce qui était justement possible grâce aux interactions faibles aux-
quelles ils étaient sensibles. Le passage du quark down au quark up com-
portait une variation de charge électrique d’une unité (on passait de -1/3
à 2/3). Et pour que la charge électrique globale du processus reste in-
changée, cela mobilisait un électron.
Enfin, comme nous l’avons vu, en plus des quarks up, down et strange,
trois autres avaient été introduits pour expliquer l’existence de certains ha-
drons découverts dans les années 1970. Il s’agit du quark charmé (c), du
quark bottom (b) et du quark top (t). Il existait donc dès lors six quarks, tout
comme il existait six leptons (électron, muon, particule tau, et leurs neutrinos
respectifs). Pour la plupart des physiciens théoriciens, cette analogie était lo-
gique, et le fait que toute la matière de l’Univers soit le résultat de la combi-
naison de douze micro-entités élémentaires semblait finalement pertinent.
Ils définissaient déjà la matière la plus commune comme constituée de
quatre particules fondamentales : les quarks up et down (qui constituent les
protons et les neutrons), l’électron, et le neutrino. Mais ils pressentaient qu’il
s’agissait seulement de la première famille identifiée, parmi les trois familles
de quatre éléments dont ils avaient besoin pour leur analyse de la totalité.

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