Kuuekümnendate aastate jõudes oli knrendiuuringutel selgitatud, et aatomituuma moodustavad prootonid ja neutronid kohe kuidagi ei sobinud algosakesteks. Nad olid üsna suured ja neil ilmnes keerukas sisestruktuur, nad olid nagu väikesed aatomid aatomites. Seepärast arvasidki Murray Gell-Mann ja George Zweig California Tehnikaülikoolist (Caltech) 1963. a., et need tuumaosakesed e. nukleonid on väiksemate fermionide kombinatsioonid. Erinevalt kõigist senituntud osakestest pidi neil olema murruline laeng (murdosa elementaarlaengust). Teisiti poleks saanud prootoni laeng olla täiselementaarlaeng.
Et rõhutada nende osakeste ainulaadsust, valis Gell-Mann neile fantastilise nime kvark.[*[Sõna on võetud James Joyce'i romaanist Finnegans Wake. Seal viirastuvad kajakad, kes järgnevad laevale, kisades: "Kolm kvarki isand Markile..." - "Three quarks for Muster Mark..." (Tõlk.)]*] See terminivalik osutus saatuslikuks. Järgides Gell-Manni eeskuju, hakkasid osakesteteoreetikud võidu leiutama termineid. Tulemuseks oli "kaunite" nimede leksikon, mis viib mittespetsialiste hämmingusse või koguni kohutab. See tava võib olla isegi tõkkeks laiemale tutvusele selle füüsikaosaga, kuigi lõbustab asjaosalisi eriteadlasi. Edasi lugedes tuleb teilgi läbi sumada sõnatihnikust, mis on iseseletuvusest kaugel.
Et koostada prootoneid ja neutroneid, läheb vaja kaht liiki kvarke. Need on u-kvargid laenguga +2/3 elementaarlaengut ja d-kvargid laenguga –1/3. Prooton koosneb kahest u- ja ühest d-kvargist, neutronis on kaks d- ja üks u-kvark.
Elektron jääb algosakeseks nagu varemgi arvati. Ta kuulub osakesteperesse, mida kutsutakse leptoniteks. Ta on lähedalt seotud elektron-neutriinoga, elektriliselt neutraalse objektiga, mida tähistatakse ve. Neil neutriinodel on tähtis osa radioaktiivsuses, samuti tuumasünteesi reaktsioonides, millest tähed ammutavad oma energia.
Neist kahest leptonist ja kahest kvargist piisab täiesti, et moodustada tavaainet. Kuid algfermionide tabelis (tabel 19-1) kordub see nelik veel kaks korda. Igal neist fermionidest on kaks massiivsemat, ebapüsivat "sugulast". Põhikvarteti igat kordust kutsutakse osakeste perekonnaks (vahel ka põlvkonnaks). Igaüks nelikust võib spontaanselt laguneda osakeste kombinatsiooniks tema all asuvast perekonnast. Siiani pole suudetud usaldatavalt mõõta ühegi neutriino massi, kuigi on väheusutav, et nad on täpselt nullmassiga.
Teist ja kolmandat perekonda võime tavaaines kohata vaid kui üürikese eaga virtuaalosakesi. Üksikuid selliseid osakesi tekitab kõrge energiaga kosmiline kiirgus Maa atmosfääri jõudes. Üldiselt pole neil praeguses Universumis suurt tähtsust. Seevastu olid nad määrava tähtsusega Suure Paugu alghetkil, kui kõiki fermione oli ühepalju. Sahharovi pakutud aine ja antiaine tasakaalu pööramise protsess eeldab kõigi kolme perekonna osakeste osalemist. Ilma nendeta poleks ka meid siin ja praegu.
Nende kuue kvargi ja kuue leptoni olemasolu ei suuda veel ükski teooria põhjendada. Praegu tuleb sellesse suhtuda kui lihtsalt millessegi etteantusse. Tähed d, u, s, c, b, t on inglise sõnade down, up, strange, charmed, bottom ja top esitähed (tõlkes: alla, üles, veider, sarmikas, põhimine ja tipmine). Raskemad leptonid on müüon ja tauon, neile vastavad neutriinod on müü-neutriino ja tau-neutriino (tähistusteks kreeka tähed μ ja τ, vastavatel neutriinodel νμ ja μτ).
Esimene ebapüsiv fermion, müüon, avastati 1938. Järgneva kümne aastaga selgitati, et ta sarnanes kõigi mõõdetavate omaduste poolest elektroniga, oli ainult 200 korda raskem. Selle peale hüüatas Isidore I. Rabi, Ühendriikide teaduskogukonna liider: "Kes küll selle on tellinud?" Nüüdseks teame, et kes see ka polnud, ta tellis terve menüütäie sääraseid objekte. Viimane neist, t-kvark, avastati 1994.
Oluline on täheldada, et igas perekonnas on oma neutriino, osake, mil on üliväike seisumass või koguni puudub see hoopis. 1990ndate aastate alguses sooritati laiendatud neutriinootsing, püüdes selgitada, kas neid pole rohkem kui kolm nimetatut. Otsing oli seatud nii, et oleks leitud mistahes neutriino massiga alla 45 000 MeV. Peale kolme tuntu ei tabatud ühtegi uut. Kui aga pole neljandat neutriinot, on äärmiselt ebatõenäoline, et eksisteerib neljas osakeste perekond. Niisiis, meie teadmiste praegusel tasemel võib aine ehituskivide otsingu lugeda lõpule jõudnuks. Eriti raske oli ammutada teadmisi kvarkide kohta, sest erinevalt kõigist senituntud osakestest ei esine nad eales üksikult. Nad saavad olemas olla ainult liitunult, kusjuures võimalikud on kolm kombinatsiooni: kolm kvarki, kolm antikvarki, või siis üks kvark ja üks antikvark. Kvarkmudel arenes nende ühendosakeste uurimise teel, kujutledes, kuidas neid ühendeid koostada väiksematest komponentidest. Et kvarke ei saa vaadelda üksikult ega lahus väljadest, mis neid kokku seovad, on ka nende massid tabelis 19-1 ligikaudsed.
Kvarkide eraldamatusest ehk vangistatusest johtuv segadus pani isegi Gell-Manrti kahtlema, kas neid üldse ongi. Kaks aastakümmet visasid pingutusi kvarke ränkades põrgetes lahku lüüa või leida neist mingeidki jälgi tavaaines luhtusid.
Nende murdarvsed laengud panid kulme kortsutama, sest kombinatsioonireeglid näitasid kindlalt, et kvarkidest koosnevatel osakestel peab olema täisarvuline laeng, mis peidab kvargilaengute murrulisuse. Kui loodus paistab eksperimentaatorite eest midagi visalt varjavat, kallutab see ikka kõhklustele, kas seda avastamatut ongi olemas. Nii on see olnud juba eetri-hüpoteesi tühjaminekust peale. Ometi näitab hulk osakestereaktsioone, mida on täheldatud 1970ndaist aastaist peale, et need murdarvsed laengud on välistamatud.
Niihästi erilaadi ühinemisreeglid kui ka kvarkide jonnakas keeldumine üksi jääda said viimaks vägagi loomuliku seletuse. Seitsmekümnendate aastate lõpuks hakati mõistma kõigist väljadest tugevaimat ja keerukamat. Loodud teooria sai nimeks kvant-kromodünaamika e. kvant-värvusdünaamika.