Por várias décadas, os físicos de partículas têm tentado compreender melhor a natureza nas menores distâncias, colidindo partículas nas energias mais altas. Embora o modelo padrão da física de partículas tenha explicado com sucesso a maioria dos resultados produzidos por experimentos, muitos fenômenos permanecem desconcertantes. Assim, novas partículas, forças ou conceitos mais gerais devem existir e - se a história da física de partículas serve de indicação - eles podem muito bem ser revelados na fronteira de alta energia.

Um teste promissor para essa nova física é a "produção de quatro quarks de topo, "um processo de Modelo Padrão indescritível que ainda não foi observado experimentalmente. Nesta produção, dois pares de quarks top - as partículas elementares conhecidas mais pesadas - são criados simultaneamente em uma colisão, concentrando assim uma grande quantidade de energia em um único ponto. Isso é tão raro que, no conjunto de dados de 30 milhões de pares de quarks top analisados ​​pelo experimento ATLAS no CERN para este estudo, espera-se que apenas cerca de 350 colisões tenham produzido quatro quarks top.

A colaboração do ATLAS acaba de divulgar seus resultados mais recentes sobre a pesquisa de produção de quark quatro top com base em dados de colisão próton-próton coletados em 2015 e 2016 no Large Hadron Collider (LHC). À medida que um quark top decai, dá origem a "estados finais" com três quarks (mais leves) ou um quark, um neutrino e um leptão carregado. Portanto, eventos em que quatro quarks top são produzidos simultaneamente podem ter topologias de estado final muito diferentes, dependendo da combinação desses decaimentos. Os físicos do ATLAS analisaram essas topologias individualmente antes de combiná-las para o resultado final.

Todos esses estados finais são caracterizados pela presença de muitas partículas altamente energéticas. Embora isso torne as assinaturas de sinal de quatro pontas mais fáceis de distinguir dos processos de segundo plano, também torna mais difícil prever quantos eventos de segundo plano são identificados incorretamente como eventos de produção de quark quatro top. Assim, as equipes do ATLAS implementaram novas técnicas de análise sofisticadas para estimar a quantidade de background nesses ambientes "ocupados". Em combinação com o excelente desempenho do detector, um resultado com sensibilidade sem precedentes foi alcançado, excluindo um sinal com uma taxa de produção maior que 2,1 vezes a taxa prevista pelo Modelo Padrão (a ser comparado com um fator de 11,6 para a pesquisa anterior mais sensível).

A análise de dados resultou em um pequeno, sinal ainda não significativo de quatro pontas de 2,8 desvios padrão, dando um limite superior observado de 5,3 vezes a taxa do modelo padrão. Isso poderia ser uma dica ou simplesmente uma flutuação estatística? Apenas um resultado atualizado usando o maior conjunto de dados disponível e uma análise ainda mais inteligente pode dizer.