Les protons et les neutrons ne sont pas des particules élémentaires, mais des assemblages de quarks liés par des gluons.

La structure interne des nucléons a été confirmée à la fin des années 1960 par des expériences de diffusion inélastique profonde au Stanford Linear Accelerator Center (SLAC). Ces travaux, menés par Jerome Friedman, Henry Kendall et Richard Taylor, ont prouvé que les protons n'étaient pas des sphères uniformes mais contenaient des objets ponctuels nommés quarks. Cette découverte leur a valu le prix Nobel de physique en 1990.Selon le Modèle Standard, un proton est composé de deux quarks 'up' et d'un quark 'down', tandis qu'un neutron contient un quark 'up' et deux quarks 'down'. Ces particules sont liées par l'échange de gluons, les médiateurs de l'interaction forte. Cette force est si puissante qu'elle empêche les quarks d'exister à l'état libre, un phénomène appelé confinement de couleur.L'aspect le plus fascinant réside dans l'origine de la masse. La masse au repos des trois quarks d'un proton n'est que d'environ 9 MeV/c², alors que la masse totale du proton est de 938 MeV/c². L'essentiel de la masse de la matière visible provient donc de l'énergie de liaison et de l'énergie cinétique des constituants, conformément à la célèbre équation d'Einstein E=mc².Les recherches actuelles se poursuivent au CERN, notamment avec le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC). Les scientifiques y étudient le plasma quarks-gluons, un état de la matière qui existait quelques microsecondes après le Big Bang. Ces études permettent de mieux comprendre comment la force forte façonne l'univers tel que nous le connaissons.