Frumusețea simetriei SU(3) nu explică, totuși, de ce este adevărată. Gell-Mann și un alt fizician american, George Zweig, au decis independent, în 1964, că răspunsul la această întrebare se află în natura fundamentală a hadronilor. Cel mai elementar subgrup al SU(3) conține doar trei obiecte, din care pot fi construite octetele și decupletele. Cei doi teoreticieni au făcut sugestia îndrăzneață că hadronii observați la vremea respectivă nu erau structuri simple, ci erau construiți din trei particule de bază. Gell-Mann a numit aceste particule quarci – denumire care rămâne în uz și astăzi.
Până în momentul în care Gell-Mann și Zweig și-au prezentat ideile, lista particulelor subatomice cunoscute crescuse de la cele trei din 1932 -electron, proton și neutron – pentru a include majoritatea hadronilor stabili și un număr din ce în ce mai mare de rezonanțe de scurtă durată, precum și muonul și două tipuri de neutrino. Faptul că numărul aparent din ce în ce mai mare de hadroni putea fi înțeles în termenii a doar trei elemente de bază a fost într-adevăr remarcabil. Pentru ca acest lucru să fie posibil, totuși, aceste blocuri de construcție – quarcii – trebuiau să aibă unele proprietăți neobișnuite.
Aceste proprietăți erau atât de ciudate încât, timp de mai mulți ani, nu a fost clar dacă quarcii existau cu adevărat sau erau doar o ficțiune matematică utilă. De exemplu, quarcii trebuie să aibă sarcini de +2/3e sau -1/3e, care ar trebui să fie foarte ușor de observat în anumite tipuri de detectoare; dar căutările intensive, atât în razele cosmice, cât și cu ajutorul acceleratoarelor de particule, nu au dezvăluit niciodată vreo dovadă convingătoare pentru o astfel de sarcină fracționară. Cu toate acestea, până la mijlocul anilor 1970, la 10 ani după ce quarcii au fost propuși pentru prima dată, oamenii de știință au adunat o masă de dovezi care arătau că quarcii există, dar sunt blocați în interiorul hadronilor individuali în așa fel încât nu pot scăpa niciodată ca entități individuale.
Aceste dovezi au rezultat în urma unor experimente în care fascicule de electroni, muoni sau neutrini au fost trase asupra protonilor și neutronilor din materiale țintă precum hidrogenul (numai protoni), deuteriul, carbonul și aluminiul. Particulele incidente utilizate au fost toate leptonii, particule care nu simt forța de legare puternică și despre care se știa, chiar și atunci, că sunt mult mai mici decât nucleele pe care le cercetau. Împrăștierea particulelor fasciculului cauzată de interacțiunile din interiorul țintei a demonstrat în mod clar că protonii și neutronii sunt structuri complexe care conțin obiecte punctiforme, fără structură, care au fost denumite partoni, deoarece sunt părți ale particulelor mai mari. Experimentele au arătat, de asemenea, că partonii pot avea într-adevăr sarcini fracționare de +2/3e sau -1/3e și au confirmat astfel una dintre cele mai surprinzătoare predicții ale modelului quarcului.
Gell-Mann și Zweig au avut nevoie de numai trei quarci pentru a construi particulele cunoscute în 1964. Aceste quarcuri sunt cele cunoscute sub numele de up (u), down (d) și strange (s). De atunci, experimentele au dezvăluit o serie de hadroni grei – atât mezoni, cât și barioni – care arată că există mai mult de trei quarci. Într-adevăr, simetria SU(3) face parte dintr-o simetrie matematică mai amplă care încorporează quarcuri de mai multe „arome” – termenul utilizat pentru a distinge diferitele quarcuri. În plus față de quarcurile up, down și strange, există quarcuri cunoscute sub numele de charm (c), bottom (sau beauty, b) și top (sau truth, t). Toate aceste arome de quark sunt conservate în timpul reacțiilor care au loc prin intermediul forței puternice; cu alte cuvinte, farmecul trebuie să fie creat în asociere cu anti-farmul, fundul cu anti-fundul și așa mai departe. Acest lucru implică faptul că quarcii se pot schimba de la o aromă la alta numai prin intermediul forței slabe, care este responsabilă de dezintegrarea particulelor.
Cquarcii up și down se disting în principal prin sarcinile electrice diferite, în timp ce quarcii mai grei poartă fiecare un număr cuantic unic legat de aroma lor. Quarkul strange are ciudățenia, S = -1, quarkul charm are farmecul, C = +1, și așa mai departe. Astfel, trei quarci strange împreună dau o particulă cu o sarcină electrică de -e și o stranietate de -3, așa cum este necesar pentru particula omega-minus (Ω-); iar particula strange neutră, cunoscută sub numele de particula lambda (Λ), conține uds, ceea ce dă sarcina totală corectă de 0 și o stranietate de -1. Folosind acest sistem, lambda poate fi privită ca un neutron cu un quarc down schimbat într-un quarc ciudat; sarcina și spinul rămân aceleași, dar quarcul ciudat face ca lambda să fie mai grea decât neutronul. Astfel, modelul quarcului dezvăluie faptul că natura nu este arbitrară atunci când produce particule, ci se repetă într-un anumit sens la o scară mai masivă.
.