Skønheden ved SU(3)-symmetrien forklarer dog ikke, hvorfor den er sand. Gell-Mann og en anden amerikansk fysiker, George Zweig, besluttede uafhængigt af hinanden i 1964, at svaret på dette spørgsmål ligger i hadronernes fundamentale natur. Den mest grundlæggende undergruppe af SU(3) indeholder kun tre objekter, hvorfra oktetter og decuplets kan bygges op. De to teoretikere fremsatte det dristige forslag, at de hadroner, der blev observeret på det tidspunkt, ikke var simple strukturer, men i stedet var bygget op af tre grundlæggende partikler. Gell-Mann kaldte disse partikler for kvarker – et navn, der stadig bruges i dag.
Da Gell-Mann og Zweig fremlagde deres ideer, var listen over kendte subatomare partikler vokset fra de tre fra 1932 – elektron, proton og neutron – til at omfatte de fleste af de stabile hadroner og et voksende antal kortlivede resonanser samt myonen og to typer neutrinoer. Det var virkelig bemærkelsesværdigt, at det tilsyneladende stadigt voksende antal hadroner kunne forstås ud fra kun tre grundlæggende byggesten. For at dette kunne lade sig gøre, måtte disse byggesten – kvarkerne – imidlertid have nogle usædvanlige egenskaber.
Disse egenskaber var så mærkelige, at det i en årrække var uklart, om kvarkerne faktisk eksisterede eller blot var en nyttig matematisk fiktion. For eksempel må kvarker have ladninger på +2/3e eller -1/3e, hvilket burde være meget let at få øje på i visse typer detektorer; men intensive søgninger, både i kosmisk stråling og ved hjælp af partikelacceleratorer, har aldrig afsløret overbevisende beviser for en sådan brøkdeladning. I midten af 1970’erne, 10 år efter at kvarker først blev foreslået, havde forskerne imidlertid samlet en masse beviser, der viste, at kvarker eksisterer, men at de er låst inde i de enkelte hadroner på en sådan måde, at de aldrig kan slippe ud som enkeltdele.
Disse beviser var resultatet af eksperimenter, hvor stråler af elektroner, myoner eller neutrinoer blev affyret mod protoner og neutroner i sådanne målmaterialer som hydrogen (kun protoner), deuterium, kulstof og aluminium. De anvendte indfaldspartikler var alle leptoner, partikler, der ikke føler den stærke bindingskraft, og som man allerede dengang vidste var meget mindre end de kerner, de undersøgte. Spredningen af strålepartiklerne forårsaget af interaktioner i målet viste tydeligt, at protoner og neutroner er komplekse strukturer, der indeholder strukturløse, punktlignende objekter, som blev kaldt partoner, fordi de er dele af de større partikler. Eksperimenterne viste også, at partonerne faktisk kan have fraktionelle ladninger på +2/3e eller -1/3e og bekræftede dermed en af de mere overraskende forudsigelser i kvarkmodellen.
Gell-Mann og Zweig havde kun brug for tre kvarker for at opbygge de partikler, der var kendt i 1964. Disse kvarker er dem, der er kendt som up (u), down (d) og strange (s). Siden da har eksperimenter afsløret en række tunge hadroner – både mesoner og baryoner – som viser, at der er flere end tre kvarker. SU(3)-symmetrien er faktisk en del af en større matematisk symmetri, der omfatter kvarker af flere “flavours” – det udtryk, der bruges til at skelne mellem de forskellige kvarker. Ud over op-, ned- og mærkelige kvarker er der kvarker kendt som charm (c), bottom (eller skønhed, b) og top (eller sandhed, t). Disse kvark-smagsvarianter er alle bevaret under reaktioner, der sker gennem den stærke kraft; med andre ord skal charm skabes i forbindelse med anticharm, bottom med antibottom osv. Dette indebærer, at kvarkerne kun kan skifte fra en flavour til en anden ved hjælp af den svage kraft, som er ansvarlig for partiklernes henfald.
Op- og ned-kvarkerne adskiller sig hovedsageligt ved deres forskellige elektriske ladninger, mens de tungere kvarker hver især bærer et unikt kvantetal, der er relateret til deres flavour. Den fremmede kvark har fremmedhed, S = -1, charm-kvarken har charme, C = +1, og så videre. Tre fremmede kvarker giver således tilsammen en partikel med en elektrisk ladning på -e og en strangeness på -3, ligesom det kræves for omega-minus-partiklen (Ω-); og den neutrale fremmede partikel, der er kendt som lambda-partiklen (Λ), indeholder uds, hvilket giver den korrekte samlede ladning på 0 og en strangeness på -1. Ved hjælp af dette system kan lambdaen ses som en neutron med en down-kvark ændret til en strange-kvark; ladning og spin forbliver de samme, men den strange-kvark gør lambdaen tungere end neutronen. Således afslører kvarkmodellen, at naturen ikke er vilkårlig, når den producerer partikler, men at den på en vis måde gentager sig selv på en mere massiv skala.