Nuove prove suggeriscono che protoni e neutroni passano attraverso una transizione di fase di "primo ordine" - una sorta di cambiamento di temperatura stop-and-go - quando "si sciolgono". Questo è simile a come si scioglie il ghiaccio:l'energia prima aumenta la temperatura, poi, durante la transizione, la temperatura rimane costante mentre l'energia trasforma un solido in un liquido. Solo quando tutte le molecole sono liquide la temperatura può aumentare di nuovo. Con protoni e neutroni, lo stato fuso è una zuppa di quark e gluoni. Gli scienziati che studiano questo plasma di quark-gluoni (QGP) al Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) vedono i segni di questa transizione stop-and-go. Gli ultimi dati, da collisioni a bassa energia, aggiunge un nuovo supporto per questo modello.

Da oltre 35 anni, i teorici hanno previsto firme che gli scienziati possono cercare come prova di un cambiamento di fase di primo ordine in QGP. Ma trovare quelle firme richiede lo studio del QGP su un'ampia gamma di energie e la mappatura delle caratteristiche chiave in minuscoli granelli che scompaiono solo un miliardesimo di trilionesimo di secondo dopo che si sono formati. Grazie alla flessibilità di RHIC e alla raffinatezza del rivelatore STAR (Solenoidal Tracker at RHIC), gli scienziati hanno finalmente in mano le misurazioni necessarie.

RHIC, una struttura per gli utenti dell'Ufficio delle scienze del Dipartimento dell'Energia (DOE), è stato costruito in parte per studiare come la materia nucleare si trasforma in una zuppa di quark e gluoni liberi. RHIC accelera e fa scontrare i nuclei degli atomi d'oro a diverse energie per studiare come si fondono per formare questo QGP. Osservare un calo di pressione e una durata più lunga del QGP durante la transizione sarebbe analogo alla temperatura dell'acqua che si mantiene stabile durante il congelamento o la fusione, un segno di una transizione di fase di primo ordine.

I fisici STAR hanno cercato questi segni misurando la deflessione laterale delle particelle (una caduta di pressione ridurrebbe questo "flusso") e la dimensione del sistema creato (i sistemi più longevi apparirebbero più grandi in una dimensione). La misurazione di cambiamenti di dimensioni così piccoli richiedeva l'uso di particelle con una lunghezza d'onda inferiore a un femtometro, più di un miliardo di volte più piccola della larghezza di un capello umano. La generazione di collisioni all'energia più bassa per questo studio ha richiesto l'esecuzione di RHIC con un raggio di particelle che collide con una lamina d'oro stazionaria all'interno del rivelatore STAR. I dati di questi a più bassa energia, Le collisioni a "bersaglio fisso" estendono la gamma di energia e si allineano con i modelli previsti a lungo teorizzati per verificarsi in una transizione di fase del primo ordine. Gli scienziati stanno ancora raccogliendo ed elaborando dati da una scansione più dettagliata per comprendere ulteriori caratteristiche della transizione di fase a diverse energie di collisione.