Decennialang was de regel voor het creëren van quark-gluonplasma (QGP) – de ultrahete soep van losse quarks en gluonen die het universum in de eerste miljoensten van een seconde vulde – simpel: neem de grootste kernen die je hebt. Lood, specifiek, dat meer dan 200 keer zwaarder is dan de protonen die gewoonlijk in LHC-experimenten worden gebruikt. De aanname was dat alleen zulke zwaargewichten de enorme druk en hitte konden genereren, temperaturen die meer dan 100.000 keer die in het centrum van de zon overschrijden, waarbij protonen en neutronen elkaar niet langer vasthouden en oplossen in hun samenstellende quarks en gluonen.

Het blijkt dat het universum zuiniger kan zijn dan dat. Een jaar na de allereerste zuurstofbotsingen in de Large Hadron Collider (LHC) hebben alle vier de grote onderzoekssamenwerkingen – ALICE, ATLAS, CMS en LHCb – nu tekenen gemeld dat deze oervorm van materie kan ontstaan wanneer zuurstof- en neonkernen botsen. Ja, zuurstof en neon. Het lichtgewicht spul. De deelnemersmedaille-kernen.

De resultaten dagen een lang gekoesterde aanname uit over de enorme krachten die nodig zijn om zo'n extreme substantie te creëren, en bieden wetenschappers een nieuwe manier om de omstandigheden te onderzoeken die heersten tijdens de vroegste momenten van het universum.

Een van de duidelijkste manieren om QGP te identificeren is kijken wat er gebeurt wanneer energetische quarks en gluonen erdoorheen proberen te ploegen. Terwijl deze deeltjes door het extreem hete en dichte materiaal bewegen, verliezen ze een deel van hun energie – een proces dat wetenschappers parton-energieverlies noemen, en een handige aanwijzing dat QGP zich heeft gevormd. De ATLAS-samenwerking detecteerde dit effect duidelijk door paren van deeltjesjets te bestuderen – geconcentreerde stromen deeltjes die ontstaan wanneer energetische quarks en gluonen uit een botsing tevoorschijn komen – gegenereerd tijdens zuurstof-zuurstof- en neon-neonbotsingen. Onderzoekers zagen verschillen in energie tussen de gepaarde jets, wat erop wijst dat sommige deeltjes energie hadden verloren tijdens hun reis door het omringende materiaal. Het effect was vooral uitgesproken tijdens meer directe, frontale (centrale) botsingen, waarvan wordt verwacht dat ze een groter volume plasma creëren, waardoor deeltjes meer materiaal moeten doorkruisen en meer energie verliezen. Voorlopige ATLAS-resultaten bevestigen dit: door geladen deeltjes te onderzoeken die in de tegenovergestelde richting van fotonen terugstoten, vonden onderzoekers een vergelijkbare relatie tussen energieverlies en hoe centraal de kernen botsten.

ALICE, CMS en LHCb zochten naar hetzelfde onderliggende proces met een andere aanpak. In plaats van zich voornamelijk op jetenergie te richten, onderzochten ze hoe het plasma de productie van bepaalde energetische deeltjes lijkt te onderdrukken. CMS ontdekte dat de productie van geladen deeltjes onderdrukt werd in zowel zuurstof-zuurstof- als neon-neonbotsingen vergeleken met proton-protonbotsingen – consistent met deeltjes die energie verliezen in QGP, en verder bewijs dat het exotische materiaal kan ontstaan in botsingen met lichtere kernen. LHCb meldde een andere belangrijke aanwijzing in een aparte studie, waarbij deeltjes met een charm-quark en een lichtere quark werden onderzocht en vergeleken hoe sterk hun productie werd onderdrukt in zuurstof- en neonbotsingen. De onderdrukking was meer uitgesproken in de zwaardere neonbotsingen, precies het gedrag dat wetenschappers zouden verwachten als grotere botsingen meer plasma-volume produceren, waardoor deeltjes meer energie verliezen terwijl ze erdoorheen gaan.

Verminderde deeltjesproductie bewijst echter niet noodzakelijk dat energieverlies de oorzaak is; andere fysische processen zouden mogelijk vergelijkbare effecten kunnen produceren. Dus vergeleek ALICE de productie van neutrale pionen, een ander type subatomair deeltje, in zuurstof-zuurstof- en proton-zuurstofbotsingen. De vergelijking leverde ondubbelzinnig bewijs van parton-energieverlies in zuurstof-zuurstofbotsingen, wat de zaak versterkt dat zelfs relatief kleine kernbotsingen omstandigheden kunnen creëren die met QGP worden geassocieerd.

Onderzoekers zochten ook naar een ander