Oprócz stabilnego protonu i stabilnych lub długożyciowych jąder atomowych (złożonych z protonów i neutronów) znamy wiele cząstek niestabilnych oddziałujących silnie. Eksperymentalnie wyznaczamy wartości mas i czasów życia tych cząstek, a także prawdopodobieństwa różnych ich rozpadów. Mamy też wiedzę doświadczalną o zderzeniach protonów i jąder atomowych ze sobą lub z elektronami.

W roku 1964 Murray Gell-Mann i George Zweig wysunęli hipotezę, że wszystkie cząstki oddziałujące silnie (hadrony) nie są cząstkami fundamentalnymi (jak elektron lub foton), lecz stanami związanymi pewnych cząstek fundamentalnych, które nazwali kwarkami. Nie można powiedzieć, że już w tym momencie stwierdzono, że w protonie są 3 kwarki. Była to jedynie hipoteza, która umożliwiała sklasyfikowanie cząstek oddziałujących silnie w sposób odzwierciedlający ich znane wtedy własności. Więcej informacji na ten temat można znaleźć w Wikipedii pod hasłami kwark i hadrony.

Zgodna z obserwacjami klasyfikacja hadronów wymagała w 1964 zapostulowania istnienia trzech typów kwarków ($u$,$d$,$s$), oraz odpowiadających im antykwarków ($\bar u$, $\bar d$ i $\bar s$). Proton w tej klasyfikacji odpowiada stanowi związanemu dwóch kwarków typu $u$ i jednego kwarku typu $d$. Więcej informacji na temat klasyfikacji stanów związanych trzech kwarków (barionów) można znaleźć tutaj.

Współcześnie, oprócz kwarków $u$,$d$ i $s$, znamy również hadrony zawierające cięższe od nich kwarki $c$ i $b$. Produkujemy również bardzo ciężki kwark $t$, który rozpada się tak szybko, że nie wystarcza mu czasu na utworzenie z innym (anty)kwarkiem stanu związanego.

Ważnym etapem przy weryfikacji hipotezy kwarkowej było odkrycie w 1968, że tzw. głęboko nieelastyczne zderzenia elektronów z protonami mają własności odpowiadające zderzeniom elektronów z trzema niezależnymi ładunkami punktowymi. Nieco więcej informacji na ten temat można znaleźć tutaj.

W latach 70 XX wieku powstała teoria oddziaływań silnych zwana Chromodynamiką Kwantową (QCD). Ona również początkowo miała jedynie status hipotezy. W miarę upływu lat kolekcjonowano coraz więcej danych doświadczalnych o oddziaływaniach hadronów, i porównywano je z przewidywaniami Chromodynamiki Kwantowej. Obecnie jest praktycznie pewne, że jest to poprawna teoria opisująca oddziaływania silne. Najprostsze dopuszczalne w tej teorii stany związane to mezony (stany związane typu kwark-antykwark) oraz bariony (stany związane trzech kwarków).

Podsumowując, nie ma, moim zdaniem, pojedynczego wyniku eksperymentalnego, który umożliwiałby stwierdzenie, że w protonie są dokładnie trzy kwarki. Jest to raczej stwierdzenie oparte na wynikach bardzo wielu eksperymentów ze stabilnymi i niestabilnymi hadronami, oraz interpretacji tych wyników w ramach Chromodynamiki Kwantowej.