In de vroege stadia van het heelal, quarks en gluonen werden snel beperkt tot protonen en neutronen die atomen gingen vormen. Nu deeltjesversnellers steeds hogere energieniveaus bereiken, is eindelijk de mogelijkheid aangebroken om deze vluchtige oertoestand van materie te bestuderen.

Quark-Gluon-plasma (QGP) is een toestand van materie die slechts heel kort bestond aan het begin van het heelal, waarbij deze deeltjes snel samenklonterden om de protonen en neutronen te vormen die de alledaagse materie vormen die ons omringt. De uitdaging om deze oorspronkelijke toestand van de materie te begrijpen is voor natuurkundigen die 's werelds krachtigste deeltjesversnellers bedienen. Een nieuwe speciale editie van The European Physical Journal Speciale onderwerpen getiteld "Quark-Gluon Plasma and Heavy-Ion Phenomenology" onder redactie van Munshi G. Mustafa, Saha Instituut voor Kernfysica, Calcutta, Indië, brengt zeven artikelen samen die ons begrip van QGP en de processen die het in de baryonische materie om ons heen hebben getransformeerd in detail beschrijven.

"Quark-Gluon-plasma is de sterk op elkaar inwerkende gedeconfineerde materie die slechts kort bestond in het vroege heelal, een paar microseconden na de oerknal, ", zegt Mustafa. "De ontdekking en karakterisering van de eigenschappen van QGP blijven enkele van de best georkestreerde internationale inspanningen in de moderne kernfysica." Mustafa benadrukt Heavy Ion Phenomenology als een zeer betrouwbaar hulpmiddel om de eigenschappen van QGP te bepalen en in het bijzonder, de dynamiek van zijn evolutie en afkoeling.

Verbeteringen bij versnellers zoals de Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) en de Large Hadron Collider (LHC) hebben de energieniveaus radicaal verhoogd die kunnen worden bereikt door zware kernbotsingen bij bijna-lichtsnelheden, waardoor ze in overeenstemming zijn met die van het jonge heelal . Naast dit, toekomstige experimenten bij de Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) en bij de op Nuclotron gebaseerde Ion Collider fAcility (NICA) zullen een schat aan gegevens opleveren over QGP en de omstandigheden in het vroege heelal.

"Deze verzameling komt zo actueel dat het een beter theoretisch begrip vereist van de deeltjeseigenschappen van hete en dichte gedeconfineerde materie, die zowel statische als dynamische eigenschappen van QGP weerspiegelen, " legt Mustafa uit. "Dit verbeterde theoretische begrip van Quark-Gluon Plasma en Heavy Ion Fenomenology is essentieel voor het blootleggen van de eigenschappen van de vermeende QGP die het hele universum besloeg, een paar microseconden na de oerknal."

Mustafa wijst erop dat dit verbeterde begrip ook de deur moet openen naar het begrijpen van de toestandsvergelijking van deze sterk op elkaar inwerkende materie en het platform moet voorbereiden om de theorie van de quark-hadronovergang en de mogelijke thermalisatie van de QGP te onderzoeken. Dit zou ons op zijn beurt kunnen helpen de stappen te begrijpen die leidden van QGP naar de alledaagse baryonische materie die ons omringt.

"De quarks en gluonen die de neutronen en protonen vormden, waren erin opgesloten, een paar microseconden na de oerknal, " concludeert Mustafa. "Dit is de eerste keer dat we zien dat ze worden bevrijd uit hun eeuwige opsluiting!"