ロングアイランドのブルックヘブン研究所で、物理学者たちは重イオン衝突のデータに予想外の信号を捉えた。RHIC加速器のSTAR実験は、特定のエネルギーにおいて粒子の横方向運動量のゆらぎが急激に減少することを示した。この信号は、ビッグバン直後の瞬間に起きたものに似た、超高密度核物質における相転移を示唆している可能性がある。
宇宙のごく初期、空間は原子が存在するにはあまりに高温で高密度だった。陽子と中性子はまだ形成されておらず、物質はクォークとグルーオンからなる自由に流れる「スープ」、すなわちクォーク・グルーオン・プラズマの状態だった。宇宙の膨張に伴って温度が下がると、グルーオンがクォークを「接着」して陽子と中性子を作り、プラズマは通常の核物質へと変わっていった。これは水の凍結に似た、しかし素粒子のレベルで起きた真の相転移だった。
RHIC加速器は、金イオンを光速近くまで加速することで、こうした条件をほんの一瞬だけ再現する。STARの新しいデータは、相転移の臨界点が予想されるまさにそのエネルギー領域において、粒子の運動量のゆらぎに「落ち込み」を明らかにした。科学者たちはこれを、相転移が実際に存在し、密度と温度に依存している可能性を示す兆候だと考えている。
この発見は宇宙論にとってだけでなく重要である。極端な高密度における物質の振る舞いを理解することは、星の全質量が小さな都市ほどの大きさに圧縮されている中性子星の内部で何が起きているかを解明する助けとなる。たとえば、その核内での音速やブラックホールへの崩壊のしきい値は、これに左右される。
しかし、この信号はまだ示唆にとどまっている。別の説明では、衝突エネルギーの違いによる粒子組成の変化と関連づけられている。科学者たちは、2026年に運転を終了したRHICの残りのデータを分析し、この発見を確認するか、あるいは否定することを計画している。
もし臨界点が確実に立証されれば、宇宙最初のマイクロ秒から宇宙で最も高密度な天体に至るまでの物質の進化について、新たな視点が開かれるだろう。
