在欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）实验中，此前的紧凑缪子线圈实验（CMS）在质子—质子碰撞中观察到一项意外特性，如今可能被其“姊妹实验”——超环面仪器实验（ATLAS）证实。两项独立结果表明，顶夸克和它的反粒子可能会短暂结合，形成一种被称为“拓扑偶素”的“准束缚态”。这一发现于8日在法国马赛召开的欧洲物理学会高能物理大会上公布。
顶夸克是目前已知质量最大、寿命最短的基本粒子，一般在产生后极快衰变，无法形成稳定结构。然而，最新实验结果表明，在特定条件下，它可能与反粒子短暂结合，交换胶子，形成非相对论状态下的准束缚态，这一过程过去被认为难以在强子对撞机中探测到。
去年，CMS研究团队在分析2016—2018年采集的数据时，意外发现顶夸克—反顶夸克对在能量阈值附近出现异常“过剩”。该现象恰好出现在生成一对顶夸克所需的最低能量处，这暗示着可能存在此前未曾观测到的物理过程，即顶夸克和反顶夸克的短暂结合。
根据一种简化模型，CMS测得该异常信号的产生截面为8.8皮巴恩（pb），不确定度为1.3pb，显著性达到5西格玛，符合粒子物理学界宣布“发现”的标准。
在分析2015—2018年期间积累的LHC Run-2数据集时，ATLAS团队也发现了同样的结果。其测得截面为9.0±1.3pb，统计显著性达到7.7西格玛，进一步增强了证据的可靠性。
尽管拓扑偶素是最自然的解释，但研究人员不排除其他可能性，例如存在尚未被发现的新粒子，其质量接近两个顶夸克之和，也可能导致类似信号。要确切揭示该现象背后的机制，还需依赖更精密的量子色动力学计算与更多实验数据。
拓扑偶素若被最终确认，将成为继粲偶素与底偶素之后，夸克偶素家族中的新成员，为高能物理研究打开新的窗口。
目前，LHC第三轮运行正在进行，ATLAS和CMS将继续借助更大数据集，深入探索顶夸克之间这段“难以捉摸的浪漫”。
