I decennier var regeln för att skapa kvark-gluon-plasma (QGP) – den ultravarma soppan av fria kvarkar och gluoner som fyllde universum under dess första miljondelar av en sekund – enkel: ta de största kärnor du har. Bly, närmare bestämt, som är mer än 200 gånger tyngre än de protoner som vanligtvis används i LHC-experiment. Antagandet var att bara sådana tungviktare kunde generera det enorma tryck och den hetta som krävs, temperaturer över 100 000 gånger de i solens centrum, där protoner och neutroner slutar hålla ihop och upplöses i sina beståndsdelar kvarkar och gluoner.

Det visar sig att universum kan ha varit mer sparsamt än så. Ett år efter de första syrekollisionerna någonsin vid Large Hadron Collider (LHC) har alla fyra av dess stora forskningssamarbeten – ALICE, ATLAS, CMS och LHCb – nu rapporterat tecken på att denna primordiala form av materia kan uppstå när syre- och neonkärnor kolliderar. Ja, syre och neon. Det lätta stuffet. Kärnorna som får en tröstmedalj.

Resultaten utmanar ett långvarigt antagande om de enorma krafter som krävs för att skapa ett så extremt ämne, och erbjuder forskarna ett nytt sätt att undersöka de förhållanden som rådde under universums tidigaste ögonblick.

Ett av de tydligaste sätten att identifiera QGP är att se vad som händer när energiska kvarkar och gluoner försöker plöja genom det. När dessa partiklar rör sig genom det extremt heta och täta materialet förlorar de en del av sin energi – en process som forskarna kallar partonenergiförlust, och en praktisk ledtråd till att QGP har bildats. ATLAS-samarbetet detekterade tydligt denna effekt genom att studera par av partikeljetstrålar – koncentrerade strömmar av partiklar som produceras när energiska kvarkar och gluoner kommer ut ur en kollision – genererade under syre-syre- och neon-neonkollisioner. Forskarna observerade skillnader i energi mellan de parade jetstrålarna, vilket indikerar att en del av partiklarna hade förlorat energi medan de färdades genom det omgivande materialet. Effekten var särskilt uttalad under mer direkta, frontala (centrala) kollisioner, som förväntas skapa en större volym plasma, vilket ger partiklarna mer material att färdas genom och orsakar större energiförlust. Preliminära ATLAS-resultat stöder detta: genom att undersöka laddade partiklar som rekylerar i motsatt riktning från fotoner fann forskarna ett liknande samband mellan energiförlust och hur centralt kärnorna kolliderade.

ALICE, CMS och LHCb letade efter samma underliggande process med ett annat tillvägagångssätt. Istället för att i första hand fokusera på jetstrålenergi undersökte de hur plasmat verkar minska produktionen av vissa energiska partiklar. CMS fann att produktionen av laddade partiklar var undertryckt i både syre-syre- och neon-neonkollisioner jämfört med proton-protonkollisioner – förenligt med att partiklar förlorar energi inuti QGP, och ytterligare bevis för att det exotiska materialet kan bildas i kollisioner som involverar lättare kärnor. LHCb rapporterade en annan viktig ledtråd i en separat studie, där de undersökte partiklar som innehåller en charmkvark och en lättare kvark och jämförde hur starkt deras produktion undertrycktes i syre- och neonkollisioner. Undertryckningen var mer uttalad i de tyngre neonkollisionerna, precis det beteende forskarna skulle förvänta sig om större kollisioner producerar större volymer plasma, vilket får partiklarna att förlora mer energi när de passerar genom den.

Minskad partikelproduktion bevisar dock inte nödvändigtvis att energiförlust är orsaken; andra fysikaliska processer skulle potentiellt kunna ge liknande effekter. Så ALICE jämförde produktionen av neutrala pioner, en annan typ av subatomär partikel, i syre-syre- och proton-syrekollisioner. Jämförelsen gav otvetydiga bevis på partonenergiförlust i syre-syrekollisioner, vilket stärker argumentet att även relativt små kärnkollisioner kan generera förhållanden som förknippas med QGP.

Forskarna letade också efter en annan