夸克（quark）是一種基本粒子，是構成物質的基本單元。夸克有六種「味」，分別是上、下、粲、奇、底及頂。頂夸克屬於費米子中的第三代夸克，也是已知最重的基本粒子。
夸克幾乎總是衰變成b夸克和W玻色子。後者進一步衰減為輕子或夸克，可以被檢測到並形成所謂的「最終狀態」。如下圖所示頂夸克衰減到其它粒子的過程，每個粒子的平均衰減時間顯示在x軸上。夸克-膠子等離子體密度的演變（y軸）顯示為時間的函數。
來自世界各地研究機構的科學家們與CMS協作合作，最近首次收集了核與核碰撞中產生頂夸克的最早證據。CMS協作，全稱：Compact Muon Solenoid，中譯為：緊湊μ子線圈，是歐洲核子研究組織CERN的大型強子對撞機計劃的兩大通用型粒子偵測器中的一個。
該最新研究結果論文基於大型強子對撞機（LHC）CMS粒子檢測器收集的鉛-鉛碰撞數據，題為：「核-核碰撞中頂級夸克產生的證據」，發表在《物理評論快報》上。
直到幾年前，大多數研究重離子，即為加速目的已完全剝離電子的高質量核的物理學家都，對頂夸克（最重的基本粒子）的可能性持懷疑態度。迄今為止已知的，可以在重離子碰撞中進行研究。實際上，當時還不清楚LHC是否能夠以足夠高的碰撞率，也稱為發光度，維持重離子之間的碰撞。然而，最近，LHC加速器專家能夠達到該速率，並超過了重離子碰撞的初始發光度目標。
在重離子碰撞中研究頂夸克似乎不如在質子-質子碰撞中可行的另一個原因是，當碰撞重離子時，單個核子的最大動能大大小於質子-質子碰撞中的相應能量。由於頂夸克的生成速度在很大程度上取決於碰撞能量，即能量越大，夸克越容易產生，因此在基於重離子碰撞中生產這些粒子似乎具有挑戰性。
大型強子對撞機的建立還旨在減少重離子碰撞的時間，而將更多的時間用於質子-質子碰撞，這反映了粒子物理學界的優先考慮。例如，在一年中，通常要花費一個月的時間來產生重離子碰撞，而在質子-質子碰撞中要花費6到7個月。
重離子碰撞產生的顆粒比普通的質子-質子碰撞要多得多，這會使檢測顆粒和分析收集的重離子相關數據變得非常困難。這些因素共同阻礙和減慢了重離子碰撞中頂夸克的研究，即使它們經常在質子-質子碰撞中被發現也是如此。
五年前，歐洲核子研究組織的研究人員首次發表了重離子碰撞中頂夸克的生產率預測。儘管大型強子對撞機的生產率相對較低，但他們認為頂夸克可以幫助探測所謂的夸克-等離子體，它被認為是物質存在於宇宙生命的第一微秒內的狀態，也可能存在於當今宇宙中的中子星密集核中。可以通過碰撞重離子，例如鉛（Pb），在實驗室環境中重現這種物質狀態。
頂夸克對於探測夸克-等離子體和研究膠子在核內的分布都可能有用。但是，這兩種用途需要不同類型的碰撞，前者是對稱碰撞，後者是對稱和非對稱碰撞。 研究人員必須高度自信地證明，在核-核碰撞中實際上可以檢測到頂夸克。
在該最新研究中，他們結合了兩種實驗方法：一種受夸克-等離子體的存在影響，另一種與夸克-等離子體無關。這些方法中的第一種利用了底部夸克的存在。底夸克可以提供頂夸克產生的提示，因為後者幾乎總是衰減到前者。另一方面，第二種方法僅專注於電子和μ子的研究。
該合作研究團隊的第一個收集測量值的方法，是該測量值僅根據輕子信息提取頂夸克信號。此外，他們使用了一種完全由數據驅動的新分析技術來仔細估計背景信息。如圖所示鉛-鉛碰撞事件被解釋為目擊了頂級夸克的特徵，即電子、μ子和b夸克。
這項最新研究中的分析研究方法可能為研究夸克-等離子體的時間維度開闢了新的可能性。核子由三個稱為夸克的基本粒子組成。這些夸克之間的相互作用是由另一類稱為膠子的粒子介導的，它們之間的相互作用是如此強烈，從理論上講，沒有外力應該能夠影響它們的行為，甚至是原子核內不同粒子之間的強大作用力也是如此。
該最新研究也可能對理解和尋找新的物理學有重要的意義。儘管研究重離子相互作用和新物理學的研究團體通常是不相關的，但有關重離子相互作用產生頂夸克的第一個證據為這兩個物理學界之間的合作鋪平了道路。
研究團隊開發的用於執行此搜索的一些複雜算法現在被用作研究新物理學的研究團體的論據。更具體地說，當前正在使用它來證明可以克服與尋找新物理學相關的一些基本限制或挑戰。
為了提高他們檢測到的信號的統計顯著性並提高其發現的可靠性，研究人員將需要首先提高其搜索的亮度。實際上，即使它們與理論預測一致，研究論文表明提取的碰撞率值也比預期值略低。增加統計顯著性可以幫助確定此較低的比率是隨機波動的結果還是表明潛在的系統趨勢。
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