CERNの物理学者たちは大型ハドロン衝突型加速器の地下リングで、酸素-16とネオン-20の原子核を光速に近い速度で衝突させ、実験室でこれまでに作られた中で最も小さなクォーク・グルーオン・プラズマの塊を得た。
このエキゾチックな物質形態は、ビッグバン直後のわずか数マイクロ秒の間だけ宇宙に存在していた。当時は温度が非常に高く、陽子や中性子はまだ形成できず、クォークとグルーオンが密な「スープ」の中を自由に動き回っていた。
以前は、このような状態を再現するには鉛やキセノンのような重い原子核が必要だと考えられていたが、新しい実験は示した。鉛の十分の一未満の質量しか持たない軽い原子核でさえ、一瞬だけ液体のように振る舞い集団的に膨張するプラズマを生み出せるのだ。
ATLASコラボレーションは特徴的な「ジェットの抑制」を捉えた。高エネルギーのクォークが媒質を通過する際にエネルギーの大部分を失い、それが粒子の横方向運動量の非対称性として現れ、プラズマ生成の直接的な証拠となった。
ニールス・ボーア研究所の科学者たちは、粒子の飛散の仕方から原子核の元の形を復元した。酸素の原子核はほぼ球形であることが判明し、ネオンの原子核は非対称で、円錐やボウリングのピンのように、まるで目に見えない物体の影のようだった。
この手法は極限エネルギーにおける原子核の構造と強い相互作用を研究する新たな方法を切り開くものであり、例えばヘリウム-4のようなさらに軽い原子核との将来の衝突は、クォーク・グルーオン・プラズマが発生しうる正確な下限を特定するのに役立つだろう。
これらの微小な「小さな爆発」を理解することは、原始プラズマからどのようにして星、惑星、生物のすべての可視物質が生まれたのかという謎の解明に私たちを近づける。
