Durante varias décadas, Los físicos de partículas han intentado comprender mejor la naturaleza en las distancias más pequeñas colisionando partículas a las energías más altas. Si bien el modelo estándar de física de partículas ha explicado con éxito la mayoría de los resultados producidos por los experimentos, muchos fenómenos siguen siendo desconcertantes. Por lo tanto, nuevas partículas, Deben existir fuerzas o conceptos más generales y, si la historia de la física de partículas sirve de indicio, bien podrían revelarse en la frontera de las altas energías.

Un banco de pruebas prometedor para esta nueva física es la "producción de cuatro quarks superiores, "un proceso de modelo estándar difícil de alcanzar que aún no se ha observado experimentalmente. En esta producción, dos pares de quarks superiores, las partículas elementales más pesadas conocidas, se crean simultáneamente en una colisión, concentrando así una enorme cantidad de energía en un solo punto. Esto es tan raro que en el conjunto de datos de 30 millones de pares de quarks superiores analizados por el experimento ATLAS en el CERN para este estudio, Se espera que solo alrededor de 350 colisiones hayan producido cuatro quarks superiores.

La colaboración ATLAS acaba de publicar sus últimos resultados sobre la búsqueda de la producción de cuatro quarks superiores basada en datos de colisión protón-protón recopilados en 2015 y 2016 en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Como decae un quark top, da lugar a "estados finales" con tres quarks (más ligeros) o un quark, un neutrino y un leptón cargado. Por eso, Los eventos en los que se producen cuatro quarks top simultáneamente pueden tener topologías de estado final muy diferentes dependiendo de la combinación de estos decaimientos. Los físicos de ATLAS analizaron estas topologías individualmente antes de combinarlas para obtener el resultado final.

Todos estos estados finales se caracterizan por la presencia de muchas partículas altamente energéticas. Si bien esto hace que las firmas de señales de las cuatro partes superiores sean más fáciles de distinguir de los procesos en segundo plano, también hace que sea más difícil predecir cuántos eventos de fondo se identifican erróneamente como eventos de producción de cuatro quarks superiores. Por lo tanto, los equipos de ATLAS implementaron nuevas y sofisticadas técnicas de análisis para estimar la cantidad de antecedentes en estos entornos "ocupados". En combinación con el excelente rendimiento del detector, se logró un resultado con una sensibilidad sin precedentes, excluyendo una señal con una tasa de producción superior a 2,1 veces la tasa predicha por el modelo estándar (para ser comparada con un factor de 11,6 para la búsqueda más sensible anterior).

El análisis de datos resultó en un pequeño, señal todavía no significativa de los cuatro puntos más altos de 2.8 desviaciones estándar, lo que da un límite superior observado de 5.3 veces la tasa del modelo estándar. ¿Podría ser esto una pista o simplemente una fluctuación estadística? Solo un resultado actualizado utilizando el conjunto de datos más grande disponible y un análisis aún más inteligente puede decirlo.