Secondo il modello di quark, le proprietà degli adroni sono determinate principalmente dai loro cosiddetti quark di valenza. Ad esempio, un protone è composto da due quark up (ciascuno con carica elettrica +2 3 3, per un totale di +4 together 3 insieme) e un quark down (con carica elettrica -1.3). Sommando questi insieme si ottiene la carica protonica di +1. Sebbene i quark portino anche carica di colore, gli adroni devono avere una carica di colore totale pari a zero a causa di un fenomeno chiamato confinamento del colore. Cioè, gli adroni devono essere “incolori”o ” bianchi”. I modi più semplici per farlo accadere sono con un quark di un colore e un antiquark dell’anticolor corrispondente, o tre quark di colori diversi. Gli adroni con la prima disposizione sono un tipo di mesone e quelli con la seconda disposizione sono un tipo di barione.
I gluoni virtuali senza massa compongono la maggioranza numerica delle particelle all’interno degli adroni. La forza dei forti gluoni di forza che legano i quark insieme ha energia sufficiente (E) per avere risonanze composte da quark massicci (m) (E > mc2). Un risultato è che coppie di quark e antiquark virtuali di breve durata si stanno continuamente formando e scomparendo di nuovo all’interno di un adrone. Poiché i quark virtuali non sono pacchetti d’onda stabili (quanti), ma un fenomeno irregolare e transitorio, non è significativo chiedersi quale quark sia reale e quale virtuale; solo il piccolo eccesso è evidente dall’esterno sotto forma di un adrone. Pertanto, quando un adrone o anti-adrone è dichiarato composto da (tipicamente) 2 o 3 quark, questo tecnicamente si riferisce all’eccesso costante di quark rispetto agli antiquark.
Come tutte le particelle subatomiche, agli adroni vengono assegnati numeri quantici corrispondenti alle rappresentazioni del gruppo di Poincaré: JPC (m), dove J è il numero quantico di spin, P la parità intrinseca (o P-parità), C la coniugazione di carica (o C-parità) e m la massa della particella. Si noti che la massa di un adrone ha molto poco a che fare con la massa dei suoi quark di valenza; piuttosto, a causa dell’equivalenza massa–energia, la maggior parte della massa proviene dalla grande quantità di energia associata alla forte interazione. Gli adroni possono anche portare numeri quantici di sapore come isospin (parità G) e stranezza. Tutti i quark portano un numero quantico additivo e conservato chiamato numero barionico (B), che è +1 3 3 per i quark e -1 3 3 per gli antiquark. Ciò significa che i barioni (particelle composite composte da tre, cinque o un numero dispari maggiore di quark) hanno B = 1 mentre i mesoni hanno B = 0.
Gli adroni hanno stati eccitati noti come risonanze. Ogni adrone di stato fondamentale può avere diversi stati eccitati; diverse centinaia di risonanze sono state osservate negli esperimenti. Le risonanze decadono estremamente rapidamente (entro circa 10-24 secondi) attraverso la forte forza nucleare.
In altre fasi della materia gli adroni possono scomparire. Ad esempio, a temperature molto elevate e ad alta pressione, a meno che non ci siano sufficientemente molti sapori di quark, la teoria della cromodinamica quantistica (QCD) prevede che quark e gluoni non saranno più confinati all’interno degli adroni, “perché la forza dell’interazione forte diminuisce con l’energia”. Questa proprietà, nota come libertà asintotica, è stata confermata sperimentalmente nell’intervallo di energia compreso tra 1 GeV (gigaelectronvolt) e 1 TeV (teraelectronvolt).
Tutti gli adroni liberi tranne (possibilmente) il protone e l’antiprotone sono instabili.