Nya bevis tyder på att protoner och neutroner går igenom en "första ordningens" fasövergång - ett slags stop-and-go-förändring i temperatur - när de "smälter". Detta liknar hur is smälter:Energi ökar först temperaturen, och då, under övergången, temperaturen förblir konstant medan energin omvandlar ett fast ämne till en vätska. Först när alla molekyler är flytande kan temperaturen öka igen. Med protoner och neutroner, det smälta tillståndet är en soppa av kvarkar och gluoner. Forskare som studerar detta kvarg-gluonplasma (QGP) vid Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) ser tecken på denna stopp-och-gå-övergång. De senaste uppgifterna, från lågenergikollisioner, lägger till nytt stöd för detta mönster.

I mer än 35 år, teoretiker har förutspått signaturer som forskare kan leta efter som bevis på en första ordningens fasförändring i QGP. Men att hitta dessa signaturer kräver att man studerar QGP över ett brett spektrum av energier och kartlägger nyckelfunktioner i små prickar som försvinner bara en miljarddels biljondels sekund efter att de bildats. Tack vare flexibiliteten hos RHIC och sofistikeringen hos STAR (Solenoidal Tracker at RHIC) detektor, forskarna har äntligen de nödvändiga mätningarna i hand.

RHIC, en användaranläggning för Department of Energy (DOE) Office of Science, byggdes delvis för att studera hur kärnämne övergår till en soppa av fria kvarkar och gluoner. RHIC accelererar och kolliderar guldatomernas kärnor vid olika energier för att studera hur de smälter för att bilda denna QGP. Att observera ett tryckfall och en längre livslängd för QGP under övergången skulle vara analogt med temperaturen på vattnet som håller sig konstant medan det fryser eller smälter - ett tecken på en första ordningens fasövergång.

STAR-fysiker sökte efter dessa tecken genom att mäta avböjningen i sidled av partiklar (ett tryckfall skulle minska detta "flöde") och storleken på systemet som skapades (system med längre livslängd skulle verka större i en dimension). Att mäta sådana små storleksförändringar krävde att man använde partiklar med en våglängd som är mindre än en femtometer – mer än en miljard gånger mindre än bredden på ett människohår. Att generera kollisioner med lägsta energi för denna studie krävde att köra RHIC med en partikelstråle som kolliderade med en stationär guldfolie inuti STAR-detektorn. Data från dessa lägsta energi, Kollisioner med "fasta mål" utökar energiområdet och överensstämmer med de förutspådda mönstren som länge teoretiserats att inträffa i en första ordningens fasövergång. Forskare samlar fortfarande in och bearbetar data från en mer detaljerad skanning för att förstå ytterligare egenskaper hos fasövergången vid olika kollisionsenergier.