Le quark top, parfois aussi appelé quark vérité, (symbole : t) est la plus massive de toutes les particules élémentaires observées. Il tire sa masse de son couplage au boson de Higgs. Ce couplage









y



t









{\displaystyle y_{t}}

est très proche de l'unité ; dans le modèle standard de la physique des particules, il s'agit du couplage le plus important (le plus fort) à l'échelle des interactions faibles et au-dessus. Le quark top a été découvert en 1995 par les expériences CDF et D au Fermilab.

Comme tous les autres quarks, le quark top est un fermion de spin 1/2 et participe aux quatre interactions fondamentales : gravitation, électromagnétisme, interactions faibles et interactions fortes. Il a une charge électrique de +2/3 e. Il a une masse de 172 760,3 GeV/c2, ce qui est proche de la masse de l'atome de rhénium. L'antiparticule du quark top est l'antiquark top (symbole : t, parfois appelé quark antitop ou simplement antitop), qui n'en diffère que par le fait que certaines de ses propriétés ont des grandeurs égales mais des signes opposés.

Le quark top interagit avec les gluons de l'interaction forte et est généralement produit dans les collisionneurs de hadrons via cette interaction. Cependant, une fois produit, le top (ou antitop) ne peut se désintégrer que par la force faible. Il se désintègre en un boson W et soit un quark bottom (le plus souvent), un quark étrange ou, dans les cas les plus rares, un quark down.

Le modèle standard détermine que la durée de vie moyenne du quark top est d'environ 51025 s. C'est environ un vingtième de l'échelle de temps des interactions fortes, et donc il ne forme pas de hadrons, donnant aux physiciens une occasion unique d'étudier un quark "nu" (tous les autres quarks s'hadronisent, ce qui signifie qu'ils se combinent avec d'autres quarks pour former des hadrons et peuvent être seulement observé en tant que tel).

Parce que le quark top est si massif, ses propriétés ont permis une détermination indirecte de la masse du boson de Higgs (voir § Masse et couplage au boson de Higgs ci-dessous). En tant que telles, les propriétés du quark top sont largement étudiées comme un moyen de discriminer entre les théories concurrentes de la nouvelle physique au-delà du modèle standard. Le quark top est le seul quark qui a été directement observé en raison du fait qu'il se désintègre plus rapidement que le temps d'hadronisation.

Le Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), situé juste à l'extérieur de Batavia, dans l'Illinois, près de Chicago, est un laboratoire national du Département de l'énergie des États-Unis spécialisé dans la physique des particules à haute énergie. Depuis 2007, Fermilab est géré par la Fermi Research Alliance, une coentreprise de l'Université de Chicago et de l'Universities Research Association (URA). Fermilab fait partie du corridor technologique et de recherche de l'Illinois.

Le Tevatron du Laboratoire Fermi était un accélérateur de particules historique ; jusqu'au démarrage en 2008 du Grand collisionneur de hadrons (LHC) près de Genève, en Suisse, il s'agissait de l'accélérateur de particules le plus puissant au monde, accélérant des protons et des antiprotons à des énergies de 980 GeV et produisant des collisions proton-proton avec des énergies allant jusqu'à 1,96 TeV, le premier accélérateur à atteindre une énergie "tera-électron-volt". À 3,9 miles (6,3 km), c'était le quatrième plus grand accélérateur de particules au monde en circonférence. L'une de ses réalisations les plus importantes a été la découverte en 1995 du quark top, annoncée par des équipes de recherche utilisant les détecteurs CDF et DØ du Tevatron. Il a été fermé en 2011. Depuis lors, l'injecteur principal du Laboratoire Fermi, d'une circonférence de 3,3 km, est l'accélérateur de particules le plus puissant du laboratoire. La construction du premier bâtiment du nouvel accélérateur linéaire PIP-II a débuté en 2020. Le Fermilab héberge des expériences sur les neutrinos, telles que MicroBooNE (Micro Booster Neutrino Experiment), ICARUS (Imaging Cosmic and Rare Underground Signals), NOνA (NuMI Off-Axis νe Apparence) et Muon g-2. Les expériences terminées sur les neutrinos comprennent MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search), MINOS+, MiniBooNE et SciBooNE (SciBar Booster Neutrino Experiment) ainsi que l'expérience à cible fixe SeaQuest. Le détecteur MiniBooNE était une sphère de 40 pieds (12 m) de diamètre contenant 800 tonnes d'huile minérale doublée de 1 520 détecteurs phototubes. Environ 1 million d'événements de neutrinos ont été enregistrés chaque année. SciBooNE se trouvait dans le même faisceau de neutrinos que MiniBooNE mais avait des capacités de suivi à grain fin. L'expérience NOνA utilise, et l'expérience MINOS a utilisé, le faisceau NuMI (Neutrinos at the Main Injector) du Fermilab, qui est un faisceau intense de neutrinos qui parcourt 455 miles (732 km) à travers la Terre jusqu'à la mine Soudan dans le Minnesota et la rivière Ash. , Minnesota, site du détecteur lointain NOνA. En 2017, l'expérience ICARUS sur les neutrinos a été transférée du CERN au Laboratoire Fermi, avec des plans pour commencer ses activités en 2020. Le Laboratoire Fermi poursuit également des recherches en sciences de l'information quantique. Il a fondé le Fermilab Quantum Institute en 2019. Depuis 2020, il abrite également le centre SQMS (Superconducting Quantum and Materials Science). Dans le domaine public, le Fermilab abrite un projet de restauration de l'écosystème des prairies indigènes et accueille de nombreux événements culturels : public conférences et symposiums scientifiques, concerts de musique classique et contemporaine, galeries de danse folklorique et d'art. Habituellement, le site est ouvert de l'aube au crépuscule aux visiteurs qui présentent une pièce d'identité valide avec photo, bien qu'il soit temporairement fermé au public depuis mars 2020 en raison de la pandémie de COVID-19.

L'astéroïde 11998 Fermilab est nommé en l'honneur du laboratoire.