برخورددهنده هادرونی بزرگ (ال‌اچ‌سی) در مرکز سرن از زمان آغاز فعالیت در سال ۲۰۰۸، کشف‌های مهمی در فیزیک ذرات ثبت کرده است. اکنون محققان با بهره‌گیری از این تسریع‌کننده، احتمالا کوچک‌ترین هادرونی را که تا به حال مشاهده شده کشف کرده‌اند.
بر اساس گزارش اینجینیرینگ این‌ترستینگ، محققان سرن از احتمال کشف کوچک‌ترین هادرون شناخته‌شده خبر داده‌اند. این ذره که توپونیوم نام دارد، یک ذره ترکیبی است که از جفت کوارک-پادکوارک تاپ تشکیل شده است. در کلیت، کوارک‌ها ذرات بنیادی‌اند که با ترکیب یکدیگر هادرون‌های مرکب را می‌سازند؛ پایدار‌ترین آن‌ها پروتون و نوترون هستند که اجزای سازنده هسته اتم محسوب می‌شوند. به هادرون‌هایی که از کوارک و پادکوارک ساخته شده‌اند، کوارکونیوم می‌گویند و توپونیوم نیز نوعی کوارکونیوم است.
احتمالا کوچک‌ترین ذره ترکیبی جهان شناسایی شده است
توپونیوم آخرین کوارکونیوم کشف‌شده در رده کوارک‌های سنگین بوده، اما دانشمندان تا کنون نتوانسته بودند آن را مشاهده کنند؛ زیرا در ال‌اچ‌سی به شدت ناپدید می‌شود. با این حال، یافته‌های تازه محققان نشان می‌دهد که ذره مشاهده‌شده با احتمال زیاد توپونیوم است.
تمام این تحقیقات از جستجو برای یافتن انواع جدید بوزون هیگز آغاز شد که اولین بار در سال ۲۰۱۲ در ال‌اچ‌سی شناسایی گردید. بوزون هیگز برای درک ذرات بنیادی سازنده جهان، کلید اصلی محسوب می‌شود.
مدل استاندارد فیزیک ذرات بنیادی، بهترین درک ما از ذرات و نیرو‌های اساسی است، اما این نظریه کامل نیست؛ زیرا پدیده‌هایی چون ماده تاریک، انرژی تاریک و گرانش را توضیح نمی‌دهد. محققان با کشف انواع جدید بوزون هیگز، به دنبال نظریه‌های فرا‌تر از مدل استاندارد هستند تا شکاف‌های موجود را پر کنند. تعدادی از این نظریه‌ها وجود انواع جدیدی از بوزون‌های هیگز را پیش‌بینی کرده‌اند که محققان در پژوهش اخیر در ال‌اچ‌سی به جستجوی آن‌ها پرداخته‌اند.
مطابق پیش‌نویس مقاله محققان، آن‌ها در می‌انه جستجوی بوزون‌های هیگز، تعدادی جفت کوارک-پادکوارک تاپ را در حالت حداقل انرژی برای تشکیل چنین ذراتی آشکار کردند. این مشاهده باعث شد محققان احتمال تشکیل توپونیوم را در نظر بگیرند.
برای تأیید مشاهدات، محققان احتمال تشکیل توپونیوم در برخورد‌های پرانرژی (مانند آنچه در سرن انجام می‌شود) را تخمین زدند. آن‌ها دریافتند این برخورد‌ها ۸.۸ بار در هر تریلیون برخورد رخ می‌دهد که معادل ۸.۸ پیکوبارن است. این رقم به اندازه کافی بالاست تا آستانه ۵ سیگما در فیزیک ذرات را برآورده نماید؛ استاندارد طلایی برای تأیید واقعیت مشاهده. با این حال، محققان در مورد ادعا‌های خود محتاط‌اند، زیرا ممکن است ذره مشاهده‌شده بوزون هیگز دیگری باشد.
