何十年もの間、クォーク・グルーオン・プラズマ（QGP）——宇宙最初の100万分の1秒を満たしていた、束縛されていないクォークとグルーオンの超高温スープ——を作るためのルールは単純だった。手持ちで最大の原子核を持ってくること。具体的には鉛で、これはLHC実験で通常使われる陽子の200倍以上の重さがある。そのような重量級だけが、太陽中心の10万倍を超える温度という途方もない圧力と熱を生み出し、陽子と中性子が互いを保持できなくなり、構成要素であるクォークとグルーオンに溶け出すと考えられていた。

ところが、宇宙はもっと倹約的だったのかもしれない。大型ハドロン衝突型加速器（LHC）での初の酸素衝突から1年、その4つの主要研究コラボレーション——ALICE、ATLAS、CMS、LHCb——すべてが、酸素とネオンの原子核が衝突するとこの原始的な物質形態が出現する兆候を報告した。そう、酸素とネオンだ。軽いやつら。参加賞の原子核たちだ。

この結果は、このような極端な物質を生成するのに必要な巨大な力についての長年の仮定に挑戦し、宇宙の最初の瞬間に支配していた条件を調査する新しい方法を科学者に提供する。

QGPを特定する最も明確な方法の一つは、高エネルギーのクォークとグルーオンがそれを突き抜けようとするときに何が起こるかを観察することだ。これらの粒子が極度に高温で高密度の物質中を移動するとき、エネルギーをいくらか失う——科学者がパートンエネルギー損失と呼ぶプロセスで、QGPが形成された便利な手がかりとなる。ATLASコラボレーションは、酸素-酸素およびネオン-ネオン衝突で生成された粒子ジェットのペア——高エネルギーのクォークとグルーオンが衝突から出現するときに生成される集中した粒子の流れ——を研究することで、この効果を明確に検出した。研究者たちはペアのジェット間のエネルギー差を観測し、一部の粒子が周囲の物質を通り抜ける間にエネルギーを失ったことを示した。この効果は、より直接的な正面（中心）衝突の間で特に顕著であり、これはより大きな体積のプラズマを生成し、粒子がより多くの物質を通り抜けることを可能にし、より大きなエネルギー損失を引き起こすと予想される。ATLASの予備結果はこれを裏付けている：光子から反対方向に反跳する荷電粒子を調べることで、研究者たちはエネルギー損失と原子核がどれだけ中心的に衝突したかの間に同様の関係を見出した。

ALICE、CMS、LHCbは、異なるアプローチで同じ根本的なプロセスを探した。主にジェットエネルギーに焦点を当てるのではなく、プラズマが特定の高エネルギー粒子の生成をどのように減少させるかを調べた。CMSは、陽子-陽子衝突と比較して、酸素-酸素およびネオン-ネオン衝突の両方で荷電粒子生成が抑制されていることを発見した——これは粒子がQGP内でエネルギーを失うことと一致し、より軽い原子核を含む衝突でもこのエキゾチックな物質が形成され得るさらなる証拠である。LHCbは別の研究で別の重要な手がかりを報告し、チャームクォークとより軽いクォークを含む粒子を調査し、酸素およびネオン衝突でそれらの生成がどれだけ強く抑制されたかを比較した。抑制はより重いネオン衝突でより顕著であり、まさに科学者がより大きな衝突がより大きな体積のプラズマを生成し、粒子がそれを通過する際により多くのエネルギーを失うと予想する挙動であった。

しかし、粒子生成の減少は必ずしもエネルギー損失が原因であることを証明するものではない。他の物理プロセスも同様の効果を生み出す可能性がある。そこでALICEは、別の種類の亜原子粒子である中性パイオンの生成を酸素-酸素および陽子-酸素衝突で比較した。この比較は酸素-酸素衝突におけるパートンエネルギー損失の明白な証拠を提供し、比較的小さな核衝突でもQGPに関連する条件を生成できるという主張を強化した。

研究者たちはまた、別の