ทุกวันนี้ นักฟิสิกส์มั่นใจในความรู้ของตนเองเกี่ยวกับส่วนสำคัญของสสารธรรมชาติ เอกสารสำเร็จรูปจำนวนหนึ่งสามารถสรุปได้อย่างง่ายดายในแผนภูมิเล็กๆ ที่เรียบร้อย
แต่เมื่อครึ่งศตวรรษก่อน สถานการณ์ยุ่งเหยิง ในช่วงทศวรรษ 1950 เครื่องทำลายอะตอมได้ผลิตอนุภาคย่อยของอะตอมที่ไม่เคยรู้จักมาก่อนจำนวนหลายสิบอนุภาค นักฟิสิกส์บางคนบ่นว่าการศึกษาการตั้งชื่อทางพฤกษศาสตร์จะง่ายกว่าการเรียนรู้ชื่ออนุภาคใหม่ทั้งหมด ซึ่งส่วนใหญ่มาจากตัวอักษรในภาษากรีก และดูแปลกที่ธรรมชาติมีประชากรอนุภาคหลากหลายเช่นนี้ เมื่อมีเพียงโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอนเท่านั้นที่เพียงพอที่จะทำให้เกิดเรื่องธรรมดาทั้งหมด
แต่เมื่อ 50 ปีที่แล้วเมื่อวันที่ 1 กุมภาพันธ์บทความของ Murray Gell-MannปรากฏในวารสารPhysics Lettersซึ่งแจ้งให้โลกทราบเกี่ยวกับแนวคิดของควาร์ก มันนำความสงบเรียบร้อยมาสู่อาณาจักรย่อย
Gell-Mann เล่าถึงการให้สัมภาษณ์เมื่อปี 1997
นั่นหมายถึงการหาธรรมชาติของแรงนิวเคลียร์อย่างแรง กาวที่ยึดโปรตอนและนิวตรอนไว้ด้วยกันในนิวเคลียสของอะตอม ไม่มีใครรู้ว่าเหตุใดจึงมีอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์รุนแรงเช่นนี้มากมาย
นักฟิสิกส์หลายคนเชื่อมาตลอดว่าอนุภาคใหม่ไม่สามารถเป็นอนุภาคมูลฐานได้ทั้งหมด บางอย่างต้องเป็นส่วนผสมของส่วนประกอบพื้นฐานมากกว่า มุมมองหนึ่งที่ได้รับความนิยมที่เรียกว่า “ความเท่าเทียมทางนิวเคลียร์” ถือได้ว่าไม่มีอนุภาคใดที่เป็นส่วนประกอบพื้นฐาน ล้วนแต่ประกอบขึ้นจากส่วนผสมต่างๆ ของกันและกัน รวมทั้งตัวพวกเขาเองด้วย
เมื่อพิจารณาถึงแนวคิดเหล่านี้ Gell-Mann ได้สร้างตารางอนุภาค คล้ายกับตารางธาตุขององค์ประกอบทางเคมี ในปีพ.ศ. 2504 เขาแสดงให้เห็นว่าอนุภาคสามารถจัดกลุ่มในรูปแบบต่างๆ ช่องว่างในรูปแบบชี้ให้เห็นถึงการมีอยู่ของอนุภาคที่ยังไม่ได้ค้นพบ ซึ่งในความเป็นจริงในไม่ช้าก็ปรากฏขึ้นในการทดลอง ด้วยคุณสมบัติที่ Gell-Mann ได้ทำนายไว้
เมื่อลาจาก Caltech ในช่วงต้นปี 1963 Gell-Mann ได้บรรยายเกี่ยวกับประเด็นเหล่านี้ที่ MIT ในการพูดคุยเหล่านั้น เขาตั้งข้อสังเกตว่าอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์รุนแรงทั้งหมดสามารถเกิดขึ้นได้โดยการรวมสมาชิกของกลุ่มที่มีอนุภาคสามตัว สามตัวเข้าด้วยกัน แต่มีข้อแม้: อนุภาคทั้งสามนั้นจะมีประจุไฟฟ้าที่เป็นเศษส่วนของประจุบนอิเล็กตรอน ไม่เคยมีการค้นพบอนุภาคดังกล่าวในธรรมชาติ
“ฉันเพิกเฉยต่อความเป็นไปได้ของประจุแบบเศษส่วน – มันดูบ้ามาก” เขากล่าว
จากนั้นในเดือนมีนาคมปี 1963 Gell-Mann ไปเยี่ยมมหาวิทยาลัยโคลัมเบียในนิวยอร์ก วันหนึ่งเขาได้พบกับนักฟิสิกส์ Robert Serber ที่ชมรมคณาจารย์ Serber ถาม Gell-Mann ว่าทำไมเขาไม่สร้างอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์รุนแรงจากแฝดสาม
“ฉันพูดได้ดี ฉันพยายามแล้ว และวาดภาพบนผ้าเช็ดปากเพื่อแสดงสมการให้เขา โดยแสดงให้เขาเห็นว่าประจุจะเป็นเศษส่วน” Gell-Mann เล่า “และเขาก็พูดว่า ‘อืม เข้าใจแล้วว่าทำไม’”
แต่คำถามของ Serber ทำให้ Gell-Mann ไตร่ตรองอย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้น วันรุ่งขึ้น เขาตัดสินใจว่าบางทีแฝดสามคือคำตอบ เป็นไปได้ว่าอนุภาคของแฝดสามมักติดอยู่ภายในอนุภาคที่ประกอบขึ้นและไม่เคยหลบหนี นั่นจะอธิบายได้ว่าทำไมการทดลองจึงไม่เคยเห็นอนุภาคที่มีประจุเป็นเศษส่วน Gell-Mann กล่าวว่า “นั่นเป็นช่วงเวลาที่กำหนดที่ Columbia เมื่อหลังจากที่ Bob Serber ถามคำถามนั้น ฉันก็คิดอย่างนั้น บางทีสิ่งเหล่านี้อาจออกมาไม่ได้ ดังนั้นจึงไม่มีปัญหากับการทดลอง” Gell-Mann กล่าว
ในตอนท้ายของปี 1963 Gell-Mann ได้เขียนบทความสั้น ๆ เกี่ยวกับแนวคิดนี้และส่งไปยังPhysics Lettersซึ่งได้รับเมื่อวันที่ 4 มกราคม 1964 และเผยแพร่เมื่อวันที่ 1 กุมภาพันธ์ ในหัวข้อ “ A Schematic Model of Baryons and Mesons ” มันอธิบายว่าการรวมกันของสามอนุภาคจาก triplet สามารถทำให้เกิด baryons (เช่นโปรตอนและนิวตรอน) ในขณะที่สมาชิกจาก triplet สามารถรวมกันเพื่อสร้าง meson (ตัวอย่างที่มีชื่อเสียงที่สุดในขณะนั้นคือ pi meson หรือ pion) . การรักษาประจุไฟฟ้ามาตรฐานต้องใช้อนุภาคที่สี่สำหรับวิธีการนี้ในการทำงาน Gell-Mann ตั้งข้อสังเกตในเอกสารของเขา แต่ “รูปแบบที่เรียบง่ายและสง่างามกว่านี้สามารถสร้างขึ้นได้หากเรายอมให้ค่าที่ไม่ครบถ้วนสำหรับค่าใช้จ่าย” เขาเขียน “จากนั้นเราจะเรียกสมาชิก … ของแฝดสามว่า ‘ควาร์ก’”
เขาไม่ได้อธิบายชื่อในหนังสือพิมพ์ ยกเว้นเชิงอรรถที่อ้างถึงFinnegan’s Wake ของ James Joyce (หน้า 383 ของฉบับ Viking Press 1939) Gell-Mann ได้พบกับสายตรง – “Three quarks for Muster Mark” – ซึ่ง “quarks” หมายถึง squawks ของนกนางนวล เขาชอบคำนี้และคิดว่ามันเหมาะสมเพราะแบริออนประกอบด้วยอนุภาคสามตัว
ในบทความของเขา เขากำหนดให้ควาร์กทั้งสามเป็น u, d และ s ซึ่งต่อมาเรียกว่าขึ้น ลง และแปลก โปรตอนและนิวตรอนต้องการการขึ้นๆ ลงๆ เท่านั้น (ขึ้นๆ ลงๆ สองครั้งสร้างโปรตอน ดาวน์สองครั้งและอัพขึ้นเป็นนิวตรอน) อนุภาคที่ค้นพบใหม่จำนวนมากที่มีคุณสมบัติแปลก ๆ รวมควาร์กแปลก ๆ ไว้ด้วย
