Гел-Ман је дипломирао физику на Јејлу 1948. и намеравао је да настави постдипломске студије физике. Настојао је да остане у Ајви Лиги за своје дипломско образовање и пријавио се на Универзитет Принстон, као и Универзитет Харвард. Принстон га је одбио, а Харвард прихватио, али ова друга институција није могла да му понуди било какву финансијску помоћ која му је била потребна. Прихватио га је Технолошки институт у Масачусетсу (MIT) и примио је писмо од Виктора Вајскофа у којем га је позвао да похађа МИТ и постане Вајскофов истраживачки асистент, што би Гел-Ману пружило финансијску помоћ која му је потребна. Несвестан еминентног статуса МИТ-а у истраживању физике, Гел-Ман је био „мизеран” због чињенице да неће моћи да похађа Принстон или Харвард, и размишљао је о самоубиству. Изјавио је да је схватио да би могао прво да покуша да уђе у МИТ и да се након тога убије ако сматра да је то заиста страшно. Међутим, није могао прво да одабере самоубиство, а затим да похађа МИТ; њих двоје „нису били комутативни“, како је Гел-Ман рекао.[13][14]
Гел-Ман је докторирао физику на МИТ-у 1951. године, након завршетка докторске дисертације под насловом „Снага спреге и нуклеарне реакције”, под надзором Виктора Вајскофа.[15][16][17]
Гел-Манов рад 1950-их укључивао је недавно откривене честице космичких зрака које су назване каони и хиперони. Класификација ових честица га је навела да предложи да ће квантни број који се зове страност бити очуван јаким и електромагнетним интеракцијама, али не и слабим интеракцијама.[22] (Казухико Нишијима је до ове идеје дошао независно, називајући количину -наелектрисањем после ета мезона.[23][24]) Још једна Гел-Манова идеја је Гел-Ман-Окубо формула, која је у почетку била формула заснована на емпиријским резултатима, али је касније објашњена његовим моделом кваркова.[25] Гел-Ман и Абрахам Пајс су били укључени у објашњавање збуњујућег аспекта мешања неутралног каона.[26]
Срећни сусрет Мари Гел-Мана са математичарем Ричардом Ерлом Блоком на Калтеху, у јесен 1960. године, га је „просветлио“ да уведе нову шему класификације, 1961. године, за хадроне.[27][28] Сличну шему је независно предложио Јувал Ниман, а сада је објашњена моделом кварка.[29] Гел-Ман је назвао шему осмоструким путем, због октета честица у класификацији (израз је референца на осмоструки путбудизма).[2][16]
Гел-Ман, заједно са Морисом Левијем, развио је сигма моделпиона, који описује нискоенергетске интеракције пиона.[30]
Године 1964, Гел-Ман, и независно Џорџ Цвајг, наставили су да постулирају постојање кваркова, од којих се састоје хадрони ове шеме. Име је сковао Гел-Ман и референца је на роман Финеганово бдење, Џејмса Џојса („Три кварка за Мастер Марка!“, књига 2, епизода 4). Цвајг је честице називао „асовима“,[31] али се Гел-Маново име усталило. Кваркови, антикваркови и глуони су убрзо установљени као основни објекти у проучавању структуре хадрона. Он је добио Нобелову награду за физику 1969. за свој допринос и открића у вези са класификацијом елементарних честица и њиховим интеракцијама.[32]
Шездесетих година прошлог века, он је увео алгебру струје као метод систематског искоришћавања симетрија за издвајање предвиђања из модела кваркова, у одсуству поуздане динамичке теорије. Овај метод је довео до модела независних правила збира потврђених експериментом и обезбедио полазне тачке које подржавају развој Стандардног модела (СМ), широко прихваћене теорије елементарних честица.[33][34]
^Ellis, John (2011). „Prospects for New Physics at the LHC”. Ур.: Fritzsch, Harald; Phua, K. K.; Baaquie, B. E. Proceedings of the Conference in Honour of Murray Gell-Mann's 80th Birthday: Quantum Mechanics, Elementary Particles, Quantum Cosmology and Complexity : Nanyang Technological University, Singapore, February 24–26, 2010. World Scientific. ISBN9789814335607.
^Cao, Tian Yu (2010). From Current Algebra to Quantum Chromodynamics: A Case for Structural Realism. Cambridge University Press. ISBN9781139491600.
Fritzsch, H.; Gell-Mann, M. (1972). „Current algebra- quarks and what else?”. Ур.: Jackson, J.D.; Roberts, A.; International Union of Pure and Applied Physics. Proceedings of the XVI International Conference on High Energy Physics. 2. National Accelerator Laboratory. стр. 135—165. OCLC57672574.CS1 одржавање: Вишеструка имена: списак аутора (веза)