Ainda recém-chegado aos Estados Unidos, Mario Schenberg descobriu o 'processo Urca', que explica o colapso de supernovas estudado por George Gamow. O brasileiro observou que os cálculos de Gamow não levavam em conta a existência de neutrinos: a emissão dessas partículas esfriava o centro da estrela e diminuía sua pressão interna, impedindo que ela sustentasse o peso de suas camadas externas e provocando o colapso.
  Gamow associou a velocidade com que a energia sumia no centro da supernova ao ritmo com que o dinheiro desaparecia na roleta do cassino da Urca, no Rio de Janeiro, onde fora levado por Schenberg. A descoberta estava batizada: 'processo Urca'. Os astrofísicos, que não conheciam a história, logo arranjaram uma definição hipotética para o nome do efeito: Ultra Rapid Catastrophe, ou catástrofe ultra-rápida.
  Na mesma viagem, Schenberg foi a Princeton, onde passou quatro meses em companhia de grandes físicos como Pauli, o alemão Albert Einstein e o indiano Subrahmanyan Chandrasekhar. Com este, o brasileiro elaborou o limite de Chandrasekhar-Schenberg, referente à evolução do Sol e estrelas semelhantes. Suas pesquisas renderam-lhe um convite para trabalhar na Universidade de Chicago. No entanto, o risco de ter que se alistar (os Estados Unidos estavam em plena Segunda Guerra) levou o pernambucano a voltar ao Brasil.
  De 1944 a 1948, o físico trabalhou na Universidade de São Paulo (USP) dando aulas e fazendo pesquisa sobre eletromagnetismo, até que voltou à Europa para um congresso de intelectuais pela paz. De lá, seguiu para a Universidade de Bruxelas, onde realizou trabalhos que seriam mais tarde aproveitados em diversos ramos da físico-química. O cientista só regressaria ao Brasil em 1953.
  Iniciou-se então um novo período na vida de Schenberg: no ano de sua volta, ele foi eleito para a diretoria do Departamento de Física da USP, que exerceria até 1961. Em sua gestão, fundou o laboratório de física do estado sólido, e enfrentou a oposição de colegas à novidade que queria trazer para a USP: um computador. O físico convenceu o reitor e a universidade comprou seu primeiro IBM.
  Nos anos 1960, o pernambucano ainda lecionaria no Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF). Os atritos com o governo devido a sua atividade política, no entanto, acabaram por afastá-lo das salas de aula, e ele foi impedido de entrar no campus universitário. Com a anistia, em 1979, reintegrou-se à USP e voltou a lecionar. Em 1984, recebeu o título de professor emérito do CBPF. Aos poucos, Schenberg começou a apresentar sintomas do mal de Alzheimer, que o levaria à morte em 10 de novembro de 1990.