Tại phòng thí nghiệm Brookhaven trên đảo Long Island, các nhà vật lý đã ghi nhận một tín hiệu bất ngờ trong dữ liệu va chạm của các ion nặng. Thí nghiệm STAR trên máy gia tốc RHIC cho thấy sự sụt giảm mạnh của các thăng giáng xung lượng ngang của hạt ở một mức năng lượng nhất định. Tín hiệu này có thể chỉ ra một chuyển pha trong vật chất hạt nhân siêu đặc, tương tự như chuyển pha đã diễn ra trong những khoảnh khắc đầu tiên sau vụ nổ Big Bang.
Vào thuở ban đầu của vũ trụ, không gian quá nóng và quá đặc để các nguyên tử có thể tồn tại. Các proton và neutron vẫn chưa kịp hình thành, và vật chất là một thứ «súp» quark và gluon chảy tự do — plasma quark-gluon. Khi vũ trụ giãn nở, nhiệt độ giảm xuống, các gluon «dán» các quark lại thành proton và neutron, và plasma biến đổi thành vật chất hạt nhân thông thường. Đó là một chuyển pha thực sự, giống như sự đông đặc của nước, nhưng ở cấp độ các hạt cơ bản.
Máy gia tốc RHIC tái tạo những điều kiện như vậy trong tích tắc, gia tốc các ion vàng gần đạt tốc độ ánh sáng. Dữ liệu mới của STAR đã phát hiện một «vết lõm» trong các dao động xung lượng của hạt đúng tại vùng năng lượng mà người ta dự đoán có điểm tới hạn của chuyển pha. Các nhà khoa học gọi đây là dấu hiệu khả dĩ cho thấy chuyển pha thực sự tồn tại và phụ thuộc vào mật độ cùng nhiệt độ.
Phát hiện này không chỉ quan trọng đối với vũ trụ học. Việc hiểu được hành vi của vật chất ở những mật độ cực đoan sẽ giúp làm sáng tỏ điều gì xảy ra bên trong các sao neutron, nơi toàn bộ khối lượng của ngôi sao bị nén lại đến kích thước của một thành phố nhỏ. Điều này quyết định, chẳng hạn, tốc độ âm thanh trong lõi của chúng và ngưỡng sụp đổ thành lỗ đen.
Tuy nhiên, tín hiệu này hiện vẫn chỉ là một gợi ý. Những cách giải thích khác lại liên hệ nó với sự thay đổi thành phần hạt ở các mức năng lượng va chạm khác nhau. Các nhà khoa học dự định phân tích phần dữ liệu còn lại của RHIC, máy gia tốc đã ngừng hoạt động vào năm 2026, để xác nhận hoặc bác bỏ phát hiện này.
Nếu điểm tới hạn được xác lập một cách đáng tin cậy, điều này sẽ mở ra một cách nhìn mới về sự tiến hóa của vật chất từ những micro giây đầu tiên của vũ trụ cho đến những vật thể đặc nhất trong vũ trụ.
