欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机（LHC）上的ATLAS合作组报告称，在顶夸克-反顶夸克产生过程中观察到统计显著性超过8 sigma的过剩信号，远高于通常发现所需的5 sigma阈值。这一结果发表在《物理学进展报告》上，指向了”Toponium”的形成，一种转瞬即逝的准束缚态，其中最重的已知基本粒子在衰变前短暂地”拥抱”在一起。
顶夸克是标准模型中的”巨人”。每个顶夸克的重量相当于一个金原子，却挤在比质子还小的体积内。在LHC上，当质子以13万亿电子伏特能量碰撞时，顶夸克成对产生。在产生开始的能量阈值（约345 GeV，约为顶夸克质量的两倍）附近，理论预测两个夸克应该能强烈感受到彼此的存在，形成瞬态束缚态，就像质子和电子可以形成氢原子一样。
这一预测根植于非相对论性量子色动力学（NRQCD）框架，已经存在数十年。然而，在实践中发现它长期以来被认为在强子对撞机上是不可能的，因为每次碰撞的碎片会将微妙的效应淹没在噪声风暴中。
“只有通过最近将量子信息理论与对撞机物理学联系起来的努力才使之成为可能，”芝加哥大学恩里科·费米研究所的ATLAS物理学家Yoav Afik表示。
该分析利用了自旋关联可观测量，通过早期顶夸克对量子纠缠研究发展起来的技术，以增强对阈值附近顶-反顶系统独特自旋结构的敏感度。利用Run 2的140个逆飞秒靶恩数据，合作组测量了准束缚Toponium态的截面为9.3皮靶恩，比微扰QCD基线预测的6.43皮靶恩大约45%。仅标准模型（不含Toponium）的假设在观测到的8.2 sigma（预期6.0 sigma）被排除。
这一结果一年前由CMS合作组预示。2025年3月，CMS在意大利阿尔卑斯山举行的Rencontres de Moriond会议上宣布了超过5 sigma信号的第一个迹象。在接下来的几个月里，两个实验相互验证了这一发现。到2025年7月，ATLAS独立确认了7.7 sigma的过剩信号，两个合作组在马赛的EPS-HEP会议上提交了联合结果。
“观测到被认为难以探测的非相对论性QCD效应是LHC实验计划的巨大胜利，”时任CMS发言人的Gautier Hamel de Monchenault在2025年的一份声明中说。
该过剩信号表现为颜色单态、自旋单态的S波准束缚态，这种构型与理论学家长期以来预测但从未探测到的赝标量Toponium粒子一致。ATLAS测量的9.3皮靶恩截面积与CMS此前测量的8.8皮靶恩吻合良好，仅在各自不确定度范围内有差异。
“这是一个非常令人兴奋的发现，将我们对顶夸克物理及其建模的当前理解推向了极限，”Afik说。
一个核心问题仍然存在：该信号是否能完全由标准模型NRQCD效应解释，还是存在某种奇异贡献，比如345 GeV附近额外的希格斯类玻色子衰变成顶夸克？伦敦国王学院和CERN的理论物理学家John Ellis在2025年CMS结果首次出现时指出，”CMS报告的信号如果得到确认，可能源于通常称为’Toponium’的准束缚顶-反顶介子，也可能源于出现于额外希格斯玻色子模型中的基本自旋为零的玻色子，甚至可能是两者的组合。”
LHC正在进行的Run 3已经收集了超过本次分析所用Run 2数据集两倍以上的积分亮度，应该能提供区分这些可能性所需的统计数据。
CERN高级研究员Baptiste Ravina表示：”凭借新收集的Run 3数据集（是本次首次分析所用Run 2数据集的两倍以上），我们将能够更详细地审视这一过剩信号，并确定它是否只能由非相对论性QCD效应描述，或者还有更多内容。”
无论是Toponium还是”骗子”，这一结果标志着长期以来被认为超出强子对撞机物理学范围的微妙阈值效应首次被清晰聚焦。在发现粲夸克（催生现代重味物理的事件）半个世纪后找到Toponium，正如Ellis在首批迹象出现时所说，将是粒子物理学”一份意想不到且受欢迎的金色周年纪念礼物”。
Source
The ATLAS Collaboration. “Observation of a cross-section enhancement near the ttbar production threshold in sqrt(s)=13 TeV pp collisions with the ATLAS detector.” Reports on Progress in Physics, Volume 89, Number 5. DOI: 10.1088/1361-6633/ae60a0. Published 7 May 2026.
婷 翻译