主導亞原子相互作用的主流物理理論“標準模型”曾預測存在這種四胞胎粒子，但是最新物理理論表明，它們的形成數量可能比標準模型所預測的更多。找到四胞胎粒子是檢驗該理論的第一步，這項最新發現是在LHCP 2020會議上公布的。
依據2019年發表的《物理評論D》雜志報告稱，頂夸克是已知最重的基本亞原子粒子，每個頂夸克的質量大約相當于一個鎢原子。然而，每個頂夸克都比質子小得多，這意味著頂夸克不僅保持著最重粒子的記錄，而且它們是已知最密集的質量形式。
雖然大爆炸后的最早期階段形成大量頂夸克，但它們的壽命非常短暫，在大約1萬億分之一秒內完全消失。現今，唯一能產生和觀測頂夸克的環境就是在大型粒子加速器中。
1995年，科學家首次在費米實驗室兆電子伏特加速器中發現頂夸克，費米實驗室位于美國芝加哥郊外，是當時最強大的粒子加速器，現已退役。
2011年，大型強子對撞機假設地幔是世界最強大的粒子加速器，該對撞機是由近1萬個強大磁環排列在一個周長27公里的圓環結構，加速兩個質子束沿著相反方向運行，它們在13萬億電子伏特的能量下發生碰撞，其碰撞頻率比兆電子伏特加速器高100倍。
1995年，費米實驗室兆電子伏特加速器中粒子束碰撞形成頂夸克和反物質夸克對，但是這些碰撞每隔幾天才會發生一次。相比之下，在曲線大型強子對撞機儀器（ATLAS）實驗和緊湊型介子螺線管實驗（CMS）中，更高能量和更高碰撞頻率會大約每秒形成一對頂夸克。
在近期的實驗中，研究人員正在尋找同時產生兩組頂夸克/反夸克對的現象，依據標準模型預測這些更復雜碰撞事件，其碰撞頻率應當是產生一對頂夸克碰撞事件的7萬倍。在尋找新粒子的時候，重要的是觀察碰撞次數偶然發生的可能性有多大？該結果可由西格瑪單位（sigma）進行衡量。
在粒子物理學中，宣布發現頂夸克的黃金標準是5西格瑪以上，這意味著目前的觀測結果是由隨機波動引起的，發生概率僅為350萬分之一。3西格瑪意味著觀測信號偶然發生概率僅為740分之一，依據費米實驗室研究人員的觀點，這是觀測結果“最佳證據”。目前，關于頂夸克產生四胞胎的證據還不足以宣布為一項新發現。
2015-2018年，物理學家在ATLAS和CMS儀器收集的數據中尋找四胞胎頂夸克，ATLAS實驗小組宣稱，他們已經看到4.3西格瑪等級的4個頂夸克形成。同時，《歐洲物理雜志C》發表論文稱，CMS儀器研究人員發現的四胞胎頂夸克僅為2.6西格瑪，在進行實驗之前，ATLAS和CMS儀器預測四胞胎頂夸克的置信度在2.6西格瑪。
ATLAS儀器觀測到的顯著性可能僅是偶然，或者這可能僅是一種跡象，表明四胞胎頂夸克的產生比標準模型預測更為普遍，這也可能意味著該測量結果是意想不到的物理學新線索。研究人員稱，下一次大型強子對撞機運行產生的額外數據，以及所使用的分析技術進一步拓展，將提高這一具有挑戰性的測量的精度。
