كوارك قمي
البداية

افترض سنة 1973 كلا من ماكوتو كوباياشي وتوشيهيده ماساكاوا بوجود جيل ثالث للكواركات تشرح خرق تناظرالشحنة السوية التي لوحظت في اضمحلال الكاون. وقد وسمت تلك الجسيمات الافتراضية الجديدة بوسم t وb للإشارة إلى "top" و"bottom". تلك المسميات تعكس أسماء الجيل الأول للكوارك العلوي والسفلي مما يعطي حقيقة بأن الإثنين كانا مكونات لف أعلى ولف أسفل لثنائي اللف النظائري الضعيف. وكان اسم الكوارك القمي بالسابق كوارك الحقيقة، ولكن مع مرور الوقت أصبح اسم كوارك قمي أكثر شيوعا.
اعتمد اقتراح كوباياشي وماساكاوا بشكل أساسي على آلية جيم (GIM mechanism) وهي مختصر لأسماء تعود إلى جلاشو وجون ايلوبولس ولوسيانو ماياني، التي تنبأت بالكوارك الساحر وكان لايزال مجهولا في ذلك الوقت. وفي نوفمبر سنة 1974 أعلن كلا من مختبر بروكهافن الوطني (BNL) ومختبر (SLAC) عن اكتشاف ميزونJ/ψ التي سرعان ماتم تحديده كحالة تابعة للكوارك الساحر ونظيره المجهولين. هذا الاكتشاف سمح لآلية جيم لتصبح جزءا من النموذج القياسي. مع القبول بآلية جيم، بدأت نبوءة كوباياشي وماساكاوا تزداد مصداقية. وإزدات تلك النبوءة قوة مع اكتشاف التاون عن طريق فريق مارتن لويس برل في مختبر سلاك (SLAC) ما بين 1974 و1978. وأعلن هذا عن الجيل الثالث من اللبتونات، كاسرا التناظر الجديد ما بين الكواركات واللبتونات التي أدخلتها آلية جيم. ويتطلب لإستعادة هذا التناظر وجود كوارك خامس وسادس.
لم يدم انتظار الكوارك الخامس طويلا، إذ سرعان ماتم اكتشافه سنة 1977 بواسطة مايسمى فريق تجربة E288 بقيادة ليون ليدرمان في فيرميلاب. مما دفع للإتجاه بقوة عن وجود كوارك سادس لإكمال الزوج، الذي هو كوارك القمة أو القمي. وهذا الكوارك سيكون أثقل من القعري، مما يتطلب طاقة أعلى لخلق تصادم جسيمات، وقد كان من المتوقع أنه سيتم الكشف عن الكوارك السادس قريبا جدا، ولكن ذلك احتاج إلى 18 سنة حتى تم التأكيد بوجوده وكشف النقاب عنه.
خرجت نتائج الأبحاث الأولى عن كوارك القمة في كلا من سلاك وديسي (DESY) في هامبورغ خالية الوفاض. لكن عندما اكتشف مسرع دوراني تزامني المسمى Super Proton Synchrotron في سيرن بوزون W و Z في أوائل الثمانينات، بدأت الآمال تنتعش عن قرب ظهور القمي. وقد رفع هذا المسرع من درجة المنافسة عند مسرع تيفاترون (Tevatron) في مختبر فيرمي، ولكن لم يظهر أي مؤشر عن وجود ذلك الجسيم المفقود، وقد أعلن فريق سيرن بأن كتلة الكوارك القمي يجب أن لاتقل عن 41 GeV/c2. ومع ظهور السباق للكشف عن القمي بين سيرن وفيرميلاب، كان المعجل في سيرن قد وصل إلى حدوده القصوى دون الحصول على كوارك قمي واحد مما رفع الحدود الدنيا لكتلته إلى 77 GeV/c2.
أضحى مسرع تيفاترون هو الوحيد من بين مصادمات الهادرون القادر بما فيه الكفاية لإنتاج كوارك قمي. من أجل أن تكون قادرة على تأكيد أي اكتشاف مستقبلي، الكاشف الآخر هو (DØ detector) والذي أضيف إلى المجمع -بالإضافة إلى كاشف الهادرون (CDF) الموجود بها حاليا-. ثم بدأت أول إشارة للقمي بالظهور أمام الفريق في أكتوبر 1992، حيث ظهرت حالة تخلق وحيدة ويبدو أنها تحتوي على القمي. ثم بدأت الإشارات بالظهور في السنوات اللاحقة، وفي 22 أبريل 1994 نشر فريق CDF ورقة تظهر دلائل تجريبية لوجود كوارك قمة بكتلة تعادل 175 GeV/c2. خلال تلك الفترة لم يستطع كاشف DØ العثور على أدلة أكثر مما وجدها سنة 1992. بعد مرور سنة وبعد جمع المزيد من الأدلة وإعادة تحليل بيانات DØ (الذي كان يبحث عن قمي أصغر بكثير)، خرجت المجموعتين معا باكتشاف كوارك قمة مع تأكيد ب 99.9998% أن الكتلة تعادل 176±18 GeV/c2ا.
تبين في السنين التي قادت إلى اكتشاف كوارك قمي بأن القياسات المحددة والدقيقة لعامل الكهربائية الضعيفة في كتل البوزونات وأزواجها تكون ذات حساسية فائقة لقيمة كتلة الكوارك القمي. هذه التأثيرات ترتفع كلما ارتفعت قيمة كتلة القمي، وبذا يكون بالإمكان رؤية الكوارك القمي بطريقة غير مباشرة حتى لو لم ينتج بشكل مباشر في أي تجربة في ذلك الوقت. والتأثير الأكبر لكتلة الكوارك القمي كان على عامل تي المتغير (بالإنجليزية: T parameter)‏ وخلال سنة 1994 كانت دقة تلك القياسات غير المباشرة قد قادت إلى التنبؤ بأن كتلة الكوارك القمي تتروح ما بين 145 GeV/c2 و185 GeV/c2. فالتطور التقني مكن في نهاية الأمر من جعل الحسابات دقيقة بشكل قادت كل من مارتينوس فيلتمان وجيرارت هوفت بأن ينالا جائزة نوبل في الفيزياء سنة 1999.