马余刚领导RHIC-STAR中国组研制完成了基于MRPC型的大型飞行时间谱仪，极大提升了STAR探测器的粒子鉴别能力；与合作者发现了首个反物质超核—反超氚核，发现了最重的（截至2017年11月）反物质原子核—反氦4，首次实现了对反物质相互作用的测量，以上成果两次入选“中国科学十大进展”；提出了原子核Zipf定律，测量了氩核的量热曲线并系统给出了氩核液气临界现象的实验证据；测量获得了22Mg的高激发态双质子发射的实验证据，提出了利用输运模型研究核反应总截面的新方法，提出了轻核α团簇结构的新探针等。