À l'intérieur du Grand collisionneur de hadrons, les protons sont accélérés à une vitesse proche de celle de la lumière et entrent en collision frontale. Au point d'impact, un concentré d'énergie naît brièvement, à partir duquel de nouvelles particules peuvent apparaître. L'une des plus lourdes est le quark top. Il est 180 fois plus lourd qu'un proton et vit moins longtemps qu'il n'en faut à la lumière pour traverser un noyau atomique.
Les physiciens de l'expérience ATLAS ont analysé 140 femtobarns inverses de données, soit l'équivalent de collisions continues pendant plusieurs années. Ils ont sélectionné les événements où, après l'impact, il restait un électron, un muon et des jets de particules issus des quarks b. Cette combinaison est la signature de la désintégration d'une paire de quarks top.
La fréquence de production des paires de quarks top dépend de la masse du quark top. Plus le quark est lourd, plus il apparaît rarement. En mesurant cette fréquence, les scientifiques ont calculé la masse du quark top. Le résultat concorde avec les mesures précédentes, mais avec une incertitude plus faible.
La masse précise du quark top n'est pas qu'un simple chiffre pour les manuels. Elle détermine si le vide de notre Univers est stable. Si le quark top était un peu plus léger, l'espace vide pourrait soudainement se réorganiser, et le monde disparaîtrait dans une bulle de nouvelle phase. Heureusement, les mesures montrent que nous sommes en sécurité.
Le même ensemble de données a permis de mesurer la fréquence de production conjointe d'un quark top et d'un boson W. Ces processus sont rares mais importants : ils sont sensibles aux détails des interactions entre quarks et pourraient révéler de nouvelles particules encore inconnues.
Le quark top est le seul quark qui se désintègre avant d'avoir pu se lier à un autre quark. On ne peut donc l'observer que par les traces de sa désintégration.
Dans la série « The Big Bang Theory », les personnages discutent des quarks top lorsqu'ils débattent de la physique des particules.