Piękno symetrii SU(3) nie wyjaśnia jednak, dlaczego jest ona prawdziwa. Gell-Mann i inny amerykański fizyk, George Zweig, niezależnie od siebie zdecydowali w 1964 roku, że odpowiedź na to pytanie leży w fundamentalnej naturze hadronów. Najbardziej podstawowa podgrupa SU(3) zawiera tylko trzy obiekty, z których można zbudować oktety i dekagramy. Obaj teoretycy wysunęli śmiałą sugestię, że obserwowane wówczas hadrony nie są prostymi strukturami, lecz zbudowane są z trzech podstawowych cząstek. Gell-Mann nazwał te cząstki kwarkami – nazwa ta pozostaje w użyciu do dziś.
Do czasu, gdy Gell-Mann i Zweig przedstawili swoje pomysły, lista znanych cząstek subatomowych powiększyła się z trzech z 1932 roku – elektronu, protonu i neutronu – do większości stabilnych hadronów i rosnącej liczby krótkożyciowych rezonansów, a także mionu i dwóch rodzajów neutrin. To, że pozornie stale rosnąca liczba hadronów może być zrozumiana w kategoriach tylko trzech podstawowych bloków konstrukcyjnych, było rzeczywiście niezwykłe. Aby jednak było to możliwe, te elementy składowe – kwarki – musiały mieć pewne niezwykłe właściwości.
Właściwości te były tak dziwne, że przez wiele lat nie było jasne, czy kwarki rzeczywiście istniały, czy były tylko użyteczną matematyczną fikcją. Na przykład kwarki muszą mieć ładunki +2/3e lub -1/3e, co powinno być bardzo łatwe do wykrycia w pewnych rodzajach detektorów; ale intensywne poszukiwania, zarówno w promieniach kosmicznych, jak i przy użyciu akceleratorów cząstek, nigdy nie ujawniły żadnych przekonujących dowodów na istnienie tego rodzaju ładunków ułamkowych. Jednak w połowie lat 70-tych, 10 lat po tym jak po raz pierwszy zaproponowano kwarki, naukowcy zgromadzili masę dowodów, które wykazały, że kwarki istnieją, ale są zamknięte w poszczególnych hadronach w taki sposób, że nigdy nie mogą się wydostać jako pojedyncze jednostki.
Dowody te pochodziły z eksperymentów, w których wiązki elektronów, mionów lub neutrin były wystrzeliwane w kierunku protonów i neutronów w takich materiałach jak wodór (tylko protony), deuter, węgiel i aluminium. Wszystkie cząstki padające na wiązkę były leptonami, czyli cząstkami, które nie czują silnego wiązania i o których już wtedy wiedziano, że są znacznie mniejsze od jąder, które badały. Rozproszenie cząstek wiązki spowodowane oddziaływaniami wewnątrz tarczy jasno pokazało, że protony i neutrony są złożonymi strukturami zawierającymi bezstrukturalne, punktowe obiekty, które nazwano partonami, ponieważ są one częściami większych cząstek. Eksperymenty pokazały również, że partony rzeczywiście mogą mieć ładunki ułamkowe +2/3e lub -1/3e i w ten sposób potwierdziły jedno z bardziej zaskakujących przewidywań modelu kwarkowego.
Gell-Mann i Zweig potrzebowali tylko trzech kwarków do zbudowania cząstek znanych w 1964 roku. Kwarki te znane są jako górny (u), dolny (d) i dziwny (s). Od tego czasu eksperymenty ujawniły istnienie wielu ciężkich hadronów – zarówno mezonów jak i barionów – które pokazują, że jest ich więcej niż trzy kwarki. Rzeczywiście, symetria SU(3) jest częścią większej matematycznej symetrii, która obejmuje kwarki o kilku „smakach” – termin używany do rozróżnienia różnych kwarków. Oprócz kwarku górnego, dolnego i dziwnego, istnieją kwarki znane jako charm (c), bottom (lub beauty, b) i top (lub truth, t). Wszystkie te smaki kwarków są zachowywane podczas reakcji, które zachodzą dzięki sile silnej; innymi słowy, charm musi być tworzony w połączeniu z antycharmem, bottom z antibottom itd. Sugeruje to, że kwarki mogą zmienić jeden smak na inny tylko za pośrednictwem siły słabej, która jest odpowiedzialna za rozpad cząstek.
Kwarki górny i dolny są rozróżniane głównie przez ich różne ładunki elektryczne, podczas gdy cięższe kwarki mają unikalną liczbę kwantową związaną z ich smakiem. Kwark dziwny ma dziwność, S = -1, kwark uroczy ma urok, C = +1, i tak dalej. Tak więc trzy kwarki dziwne razem dają cząstkę o ładunku elektrycznym -e i obcości -3, tak jak jest to wymagane dla cząstki omega-minus (Ω-); a neutralna cząstka dziwna znana jako cząstka lambda (Λ) zawiera uds, co daje prawidłowy ładunek całkowity 0 i obcość -1. Używając tego systemu, lambda może być postrzegana jako neutron z jednym kwarkiem w dół zamienionym na kwark dziwny; ładunek i spin pozostają takie same, ale kwark dziwny sprawia, że lambda jest cięższa od neutronu. Tak więc model kwarkowy ujawnia, że natura nie jest arbitralna, gdy produkuje cząstki, ale w pewnym sensie powtarza się w bardziej masywnej skali.
.