A SU(3) szimmetria szépsége azonban nem magyarázza meg, hogy miért igaz. Gell-Mann és egy másik amerikai fizikus, George Zweig 1964-ben egymástól függetlenül úgy döntöttek, hogy a válasz erre a kérdésre a hadronok alapvető természetében rejlik. Az SU(3) legalapvetőbb alcsoportja mindössze három objektumot tartalmaz, amelyekből felépíthetők a nyolcasok és tízesek. A két teoretikus azt a merész felvetést tette, hogy az akkoriban megfigyelt hadronok nem egyszerű szerkezetek, hanem három alaprészecskéből épülnek fel. Gell-Mann ezeket a részecskéket kvarkoknak nevezte el – ez az elnevezés ma is használatos.
Mire Gell-Mann és Zweig előállt elképzeléseivel, az ismert szubatomi részecskék listája az 1932-es háromról – elektron, proton és neutron – már kibővült a legtöbb stabil hadronra és egyre több rövid életű rezonanciára, valamint a müonra és a neutrínók két típusára. Az, hogy a hadronok látszólag egyre növekvő számát mindössze három alapvető építőelem segítségével lehetett megérteni, valóban figyelemre méltó volt. Ahhoz azonban, hogy ez lehetséges legyen, ezeknek az építőelemeknek – a kvarkoknak – szokatlan tulajdonságokkal kellett rendelkezniük.
Ezek a tulajdonságok annyira furcsák voltak, hogy néhány évig nem volt világos, hogy a kvarkok valóban léteznek-e, vagy csupán egy hasznos matematikai fikcióról van szó. Például a kvarkoknak +2/3e vagy -1/3e töltéssel kell rendelkezniük, amit bizonyos típusú detektorokkal nagyon könnyű lenne kimutatni; de az intenzív kutatások, mind a kozmikus sugárzásban, mind a részecskegyorsítók segítségével, soha nem találtak meggyőző bizonyítékot az ilyen típusú tört töltésre. Az 1970-es évek közepére azonban, 10 évvel a kvarkok első felvetése után, a tudósok bizonyítékok tömkelegét állították össze, amelyek azt mutatták, hogy a kvarkok valóban léteznek, de olyan módon vannak bezárva az egyes hadronokba, hogy soha nem tudnak önálló egységként kiszabadulni.
Ezek a bizonyítékok olyan kísérletekből származnak, amelyekben elektronok, müonok vagy neutrínók sugárzásával lőtték a protonokat és neutronokat olyan célanyagokban, mint a hidrogén (csak protonok), deutérium, szén és alumínium. A beeső részecskék mind leptonok voltak, olyan részecskék, amelyek nem érzik az erős kötőerőt, és amelyekről már akkor is tudták, hogy sokkal kisebbek, mint az általuk vizsgált atommagok. A sugárnyaláb részecskéinek a céltárgyon belüli kölcsönhatások okozta szóródása egyértelműen kimutatta, hogy a protonok és neutronok összetett struktúrák, amelyek szerkezet nélküli, pontszerű objektumokat tartalmaznak, amelyeket partonoknak neveztek el, mivel ezek a nagyobb részecskék részei. A kísérletek azt is megmutatták, hogy a partonok valóban rendelkezhetnek +2/3e vagy -1/3e tört töltéssel, és ezzel megerősítették a kvarkmodell egyik meglepőbb jóslatát.
Gell-Mann és Zweig 1964-ben ismert részecskéinek felépítéséhez mindössze három kvarkra volt szükség. Ezek a kvarkok az up (u), down (d) és strange (s) néven ismertek. Azóta a kísérletek számos nehéz hadront – mezonokat és barionokat – mutattak ki, amelyek azt mutatják, hogy háromnál több kvark létezik. Az SU(3) szimmetria valójában egy nagyobb matematikai szimmetria része, amely többféle “ízű” kvarkot foglal magában – ez a kifejezés a különböző kvarkok megkülönböztetésére szolgál. A felfelé, lefelé és furcsa kvarkokon kívül vannak még a bűvös (c), az alsó (vagy szépség, b) és a felső (vagy igazság, t) kvarkok. Ezek a kvark-aromák mind megmaradnak az erős erőn keresztül lejátszódó reakciók során; más szóval a bájt az antikarommal együtt kell létrehozni, a feneket az antifenékkel együtt, és így tovább. Ez azt jelenti, hogy a kvarkok csak a részecskék bomlásáért felelős gyenge erő révén válthatnak át egyik ízből a másikba.
A fel és le kvarkokat elsősorban az eltérő elektromos töltésük különbözteti meg, míg a nehezebb kvarkok mindegyike az ízükhöz kapcsolódó egyedi kvantumszámot visel. A furcsa kvarknak furcsasága van, S = -1, a bájkvarknak bája, C = +1, és így tovább. Így három furcsa kvark együttesen egy -e elektromos töltésű és -3 furcsaságú részecskét ad, ahogy az omega-mínusz (Ω-) részecskéhez szükséges; a lambda (Λ) részecskeként ismert semleges furcsa részecske pedig uds-t tartalmaz, ami a helyes 0 össztöltést és -1 furcsaságot adja. Ezt a rendszert használva a lambda úgy tekinthető, mint egy neutron, amelynek egy down kvarkját furcsa kvarkra cserélték; a töltés és a spin ugyanaz marad, de a furcsa kvark miatt a lambda nehezebb, mint a neutron. Így a kvarkmodell megmutatja, hogy a természet nem önkényes, amikor részecskéket hoz létre, hanem bizonyos értelemben megismétli önmagát egy masszívabb skálán.