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 1970年代になると、電子・陽電子コライダーによる高エネルギー実験が精力的に行われるようになりました。これらのコライダーでは電子と陽電子が消滅し、クォークと反クォークが対生成されることが観測されました。
確かに、低いエネルギーでは、カラー荷を持ち半端な電荷を持つアップ、ダウン、ストレンジの３種類のクォークが対生成されていました。電子・陽電子の衝突エネルギーを高くしていくと、さらに、２種類のクォークが次々と発見されました。第４番目のクォークはチャーム、第５番目はボトムと名付けられました。チャーム発見とほぼ同時期に、電子、ミューオンに続く電荷を持つ第３番目のレプトンも発見され、タウと名付けられました。
５つのクォークの内、アップとチャームは ＋2/3e の電荷を持ち、残りのダウン、ストレンジ、ボトムクォークは-1/3e の負電荷を持っていることも確かめられました。電子は -e の電荷を持っています。
さらに仲間分けをしてみると、６つのクォークが３つの対( ＋2/3e 電荷、-1/3e 電荷)を形成することが強く示唆されます。このような６クォークの理論が、４つめのチャームクォーク発見の前年、1973年に、既に小林と益川によって提唱されていたことは特筆に値します。ボトムクォークと対をなすと期待されていた第６番目のトップクォークは、1995年になってようやく陽子・反陽子コライダーで発見されました。
また、レプトンも電荷を持たない３つのニュートリノを加えた６種類あり、クォークと同様に３世代を形成しています。これら世代は質量以外同じ性質をもっており、どうして３つの世代を必要とするのか、また、このようなクォーク・レプトンの対称性はどのような法則に基づくのかなど謎に包まれています。
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クォーク、レプトンの対称性：
ともに電荷が1単位（e）だけ違う2つの素粒子から成る３つの世代があります。世代内の２つの素粒子は弱い力で互いに転換し合うことができます。これら３つの世代は質量以外同一の性質を持ちます。一般に、世代が進むにしたがって質量が大きくなり、その生成に高いエネルギーを必要とします。どうして3世代が存在し、また、クォークとレプトンに関係があるのかは素粒子物理の大きなテーマの一つになっています。 |
パートン：
1967年、SLACでの高エネルギー電子と陽子標的との深非弾性散乱実験により、陽子が内部構造を持つことが発見されました。陽子が内部構造を持たないとすれば、この散乱確率は電子の散乱角度が大きくなるにしたがって小さくなります。ところが、期待された散乱確率の減少は観測されず、陽子が多数のパートンと呼ばれる点状粒子から構成されているというパートンモデルの予想するものと一致しました。このパートンはクォーク（グルーオン）です。陽子は3つのクォークから構成されていますが、『量子論的ゆらぎ』により多数のクォーク・反クォーク対も同時に存在しています。 |
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