De nouvelles preuves suggèrent que les protons et les neutrons passent par une transition de phase de "premier ordre" - une sorte de changement de température par intermittence - lorsqu'ils " fondent ". Ceci est similaire à la façon dont la glace fond :l'énergie augmente d'abord la température, puis, pendant la transition, la température reste stable tandis que l'énergie transforme un solide en liquide. Ce n'est que lorsque toutes les molécules sont liquides que la température peut à nouveau augmenter. Avec des protons et des neutrons, l'état fondu est une soupe de quarks et de gluons. Les scientifiques qui étudient ce plasma de quarks et de gluons (QGP) au collisionneur d'ions lourds relativistes (RHIC) voient des signes de cette transition stop-and-go. Les dernières données, des collisions à basse énergie, ajoute un nouveau support pour ce modèle.

Depuis plus de 35 ans, les théoriciens ont prédit des signatures que les scientifiques peuvent rechercher comme preuve d'un changement de phase de premier ordre dans QGP. Mais pour trouver ces signatures, il faut étudier QGP sur une large gamme d'énergies et cartographier les caractéristiques clés de minuscules taches qui disparaissent un simple milliardième de billionième de seconde après leur formation. Grâce à la flexibilité de RHIC et à la sophistication du détecteur STAR (Solenoidal Tracker at RHIC), les scientifiques ont enfin en main les mesures nécessaires.

RHIC, une installation utilisateur du Bureau des sciences du ministère de l'Énergie (DOE), a été construit en partie pour étudier comment la matière nucléaire se transforme en une soupe de quarks et de gluons libres. RHIC accélère et heurte les noyaux d'atomes d'or à différentes énergies pour étudier comment ils fondent pour former ce QGP. L'observation d'une chute de pression et d'une durée de vie plus longue du QGP pendant la transition serait analogue à la température de l'eau qui se maintient pendant la congélation ou la fusion, signe d'une transition de phase de premier ordre.

Les physiciens de STAR ont recherché ces signes en mesurant la déviation latérale des particules (une chute de pression diminuerait ce « flux ») et la taille du système créé (les systèmes à plus longue durée de vie apparaîtraient plus grands dans une dimension). Mesurer des changements de taille aussi minuscules nécessitait l'utilisation de particules d'une longueur d'onde inférieure à celle d'un femtomètre, soit plus d'un milliard de fois plus petite que la largeur d'un cheveu humain. Pour générer des collisions à la plus basse énergie pour cette étude, il a fallu exécuter RHIC avec un faisceau de particules entrant en collision avec une feuille d'or stationnaire à l'intérieur du détecteur STAR. Les données de ces plus basses énergies, Les collisions "à cible fixe" étendent la gamme d'énergie et s'alignent sur les modèles prédits depuis longtemps théorisés pour se produire dans une transition de phase de premier ordre. Les scientifiques continuent de collecter et de traiter les données d'un balayage plus détaillé pour comprendre les caractéristiques supplémentaires de la transition de phase à différentes énergies de collision.