별난 강입자는 쿼크 세 개로 이루어진 중입자나 쿼크와 반쿼크로 되어있는 중간자와는 구조와 완전히 다른 새로운 강입자다. 이 중에서 쿼크 다섯 개가 만드는 중입자를 펜타쿼크라고 부르고, 쿼크 둘, 반쿼크 둘로 되어있는 중간자를 테트라쿼크라고 한다. 그리고 쿼크와 글루온으로 이루어진 것은 하이브리드 강입자라고 부른다.
물질이란 무엇인가? 이 질문은 오래전부터 물리학자들이 마음속에 품어온 질문이다. 우주가 시작되면서 물질이 어떻게 생겨났는지, 그리고 양성자와 중성자는 어떻게 태어나서 가벼운 핵을 이루고, 별을 만들고, 다시 별에서 무거운 핵을 만들고, 궁극에는 우주에 존재하는 모든 원소를 만들게 되었는지, 아직 다 모른다. 원소를 이루는 원자핵 속에는 양성자와 중성자가 있다. 그리고 이 양성자와 중성자는 다시 세 개의 쿼크로 이루어진다. 양성자는 위 쿼크 두 개와 아래 쿼크 하나, 중성자는 반대로 아래 쿼크 두 개와 위 쿼크 하나로 되어 있다. 양성자와 중성자는, 통칭해서 핵자라고 부른다. 핵자들 사이에는 파이중간자가 쉴 새 없이 생겼다가 없어지길 반복한다. 이 파이중간자는 위 쿼크나 아래 쿼크 하나와 위 또는 아래 반쿼크 하나로 이루어진다. 그리고 핵자 안에 있는 쿼크 사이에서는 무수히 많은 글루온이 생겼다가 없어졌다 하기를 끊임없이 되풀이한다.
양성자가 기묘쿼크와 반 기묘쿼크가 생겨날 정도로 에너지를 받으면, 하이퍼론과 케이온이 생겨나기도 하는데, 하이퍼론도 대부분은 핵자처럼 쿼크 세 개로 이루어져 있고, 케이온도 파이온처럼 가벼운 쿼크 하나와 반 쿼크 하나로 되어있다. 이렇게 핵자나 파이온을 닮은 중입자와 중간자를 통칭해서‘종래의 강입자(conventional hadrons)’라고 부른다. 1964년 2월, 머레이 겔만(Murray Gell-Mann)이 Physics Letters에 <중입자와 중간자의 개략적인 모형>이라는 제목으로 두 쪽 밖에 안 되지만, 기념비적인 논문을 출판한다 [1]. SU(3) 군의 표현에 따라 그때까지 발견된 하이퍼론과 중간자를 분류하였다. 겔만은 동시에 수학적으로 쿼크 네 개와 반 쿼크 하나로 된 중입자가 존재할 수도 있고, 쿼크 두 개와 반 쿼크 두 개로 이루어진 중간자도 존재할 수 있다는 말을 했다. 이 다섯 개의 쿼크로 이루어진 중입자를 펜타쿼크라고 부르고, 네 개의 쿼크로 만들어진 중간자를 테트라쿼크라고 부른다. 양자색소역학이 세상에 나온 뒤로는 글루온만으로 되어있는 글루온 공과 쿼크 두 개와 글루온으로 이루어진 중간자, 또는 쿼크 세 개와 글루온이 주로 들어있는 중입자 같은 별난 하이브리드 강입자(exotic hybrid hadrons)의 존재도 사람들의 관심을 끌고 있다.
[1] M. Gell-Mann, Phys. Lett. 8, 214 (1964).