Per diversi decenni, i fisici delle particelle hanno cercato di comprendere meglio la natura alle distanze più piccole facendo scontrare particelle alle più alte energie. Mentre il Modello Standard della fisica delle particelle ha spiegato con successo la maggior parte dei risultati prodotti dagli esperimenti, molti fenomeni restano sconcertanti. Così, nuove particelle, devono esistere forze o concetti più generali e – se la storia della fisica delle particelle è indicativa – potrebbero benissimo essere rivelati alla frontiera delle alte energie.

Un promettente banco di prova per questa nuova fisica è "la produzione di quattro quark top, " un processo sfuggente del Modello Standard che non è stato ancora osservato sperimentalmente. In questa produzione, due coppie di quark top – le particelle elementari più pesanti conosciute – vengono create simultaneamente in una collisione, concentrando così un'enorme quantità di energia in un unico punto. Questo è così raro che, nel set di dati di 30 milioni di coppie di quark top analizzati dall'esperimento ATLAS al CERN per questo studio, si prevede che solo circa 350 collisioni abbiano prodotto quattro quark top.

La collaborazione ATLAS ha appena pubblicato i suoi ultimi risultati sulla ricerca della produzione di quattro quark top basati sui dati di collisione protone-protone raccolti nel 2015 e nel 2016 al Large Hadron Collider (LHC). Quando un quark top decade, dà origine a "stati finali" con tre quark (più leggeri) o un quark, un neutrino e un leptone carico. Quindi, eventi in cui vengono prodotti contemporaneamente quattro quark top possono avere topologie di stato finale molto diverse a seconda della combinazione di questi decadimenti. I fisici di ATLAS hanno analizzato singolarmente queste topologie prima di combinarle per il risultato finale.

Tutti questi stati finali sono caratterizzati dalla presenza di molte particelle altamente energetiche. Sebbene ciò renda più facile distinguere le firme del segnale a quattro posizioni superiori dai processi in background, rende anche più difficile prevedere quanti eventi di fondo vengono erroneamente identificati come eventi di produzione di quattro quark top. I team di ATLAS hanno quindi implementato nuove tecniche di analisi sofisticate per stimare la quantità di sfondo in questi ambienti "occupati". In combinazione con le eccellenti prestazioni del rivelatore, è stato raggiunto un risultato con una sensibilità senza precedenti, escludendo un segnale con un tasso di produzione maggiore di 2,1 volte il tasso previsto dal Modello Standard (da confrontare con un fattore 11,6 per la precedente ricerca più sensibile).

L'analisi dei dati ha prodotto un piccolo, segnale di quattro massimi non ancora significativo di 2,8 deviazioni standard che danno un limite superiore osservato di 5,3 volte il tasso del modello standard. Potrebbe essere un suggerimento o semplicemente una fluttuazione statistica? Solo un risultato aggiornato utilizzando il set di dati disponibile più ampio e un'analisi ancora più intelligente possono dirlo.