Podczas niesamowitych kolizji wysokoenergetycznych protonów w Wielkim Zderzaczu Hadronów, naukowcy z CERN-u mogą być na tropie czegoś rewolucyjnego – toponium! Standardowo w takich zdarzeniach powstają pary kwarków t i ich antykwarków, a badania ich oddziaływań są kluczowe dla testowania Modelu Standardowego fizyki cząstek.

W 2021 roku, zespół CMS analizował dane z lat 2016-2018 i odkrył nadmiar par kwarków t-antykwarków, co mogło wskazywać na istnienie nieznanej cząstki. Zaskakujące było, że ten nadmiar pojawił się na granicy energetycznej, co sugerowało możliwość tworzenia stanu quasi-związanego, nazwanego toponium.

Kwark t, będący jedynym samotnikiem w rodzinie kwarków, jest zbyt masywny, by tworzyć hadrony. Jego natura sprawia, że rozpada się niemal natychmiast, jednak teoretyczne badania wskazują na możliwości istnienia par kwark-antykwark t w specyficznych warunkach.

Podczas ogłoszenia odkrycia przez CMS, Andreas Meyer podał, że uzyskany przekrój czynny wynosił 8,8 pikobarnów z marginesem błędu 15%, co znacząco przekraczało 5 sigma i sugerowało nowe odkrycie. Niedawno, zespół ATLAS przeanalizował dane z kampanii RUN-2 (2015-2018) i również zauważył ten sam niesamowity fenomen, uzyskując wynik 9,0 pikobarnów z takim samym marginesem.

Choć obecność danych jest niekwestionowana, interpretacja wyników budzi pewne wątpliwości. Istnienie toponium nie jest jedynym możliwym wyjaśnieniem. Nie można wykluczyć, że dane sugerują istnienie „superkwarka”, cząstki o masie dwukrotnie większej niż kwark t, generowanej w zderzeniach gluonów.

Potwierdzenie istnienia toponium byłoby niezwykle ekscytujące! Do tej pory znamy jedynie czarmonium (kwark powabny i jego antykwark) oraz bottomonium (kwark dolny i antykwark). Czarmonium odkryto w 1974 roku, a bottomonium zaledwie trzy lata później. Czy toponium będzie kolejnym krokiem w kierunku zrozumienia tajemnic wszechświata?