Nieuw bewijs suggereert dat protonen en neutronen een "eerste-orde" faseovergang ondergaan - een soort stop-and-go-verandering in temperatuur - wanneer ze "smelten". Dit is vergelijkbaar met hoe ijs smelt:energie verhoogt eerst de temperatuur, en dan, tijdens de overgang, de temperatuur blijft stabiel terwijl de energie een vaste stof in een vloeistof verandert. Pas als alle moleculen vloeibaar zijn, kan de temperatuur weer oplopen. Met protonen en neutronen, de gesmolten toestand is een soep van quarks en gluonen. Wetenschappers die dit quark-gluon-plasma (QGP) bestuderen bij de Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) zien tekenen van deze stop-and-go-overgang. De laatste gegevens, van laag-energetische botsingen, voegt nieuwe ondersteuning toe voor dit patroon.

Al meer dan 35 jaar, theoretici hebben handtekeningen voorspeld waar wetenschappers naar kunnen zoeken als bewijs van een eerste-orde faseverandering in QGP. Maar het vinden van die handtekeningen vereist het bestuderen van QGP over een breed scala aan energieën en het in kaart brengen van belangrijke kenmerken in kleine stippen die slechts een miljardste van een biljoenste van een seconde verdwijnen nadat ze zich hebben gevormd. Dankzij de flexibiliteit van RHIC en de verfijning van de STAR (Solenoidal Tracker bij RHIC) detector, wetenschappers hebben eindelijk de benodigde metingen in handen.

RHIC, een Department of Energy (DOE) Office of Science gebruikersfaciliteit, werd gedeeltelijk gebouwd om te bestuderen hoe nucleaire materie overgaat in een soep van vrije quarks en gluonen. RHIC versnelt en botst met de kernen van goudatomen bij verschillende energieën om te bestuderen hoe ze smelten om dit QGP te vormen. Het waarnemen van een drukval en een langere levensduur van de QGP tijdens de overgang zou analoog zijn aan de temperatuur van water dat stabiel blijft terwijl het bevriest of smelt - een teken van een eerste-orde faseovergang.

Natuurkundigen van STAR zochten naar deze tekens door de zijwaartse afbuiging van deeltjes te meten (een drukval zou deze "stroom" verminderen) en de grootte van het gecreëerde systeem (systemen met een langere levensduur zouden groter lijken in één dimensie). Om zulke kleine veranderingen in grootte te meten, moesten deeltjes met een golflengte kleiner dan een femtometer worden gebruikt - meer dan een miljard keer kleiner dan de breedte van een mensenhaar. Het genereren van botsingen met de laagste energie voor deze studie vereiste het uitvoeren van RHIC met één deeltjesbundel die in botsing kwam met een stationaire goudfolie in de STAR-detector. Gegevens van deze energiezuinige, "fixed-target"-botsingen vergroten het energiebereik en komen overeen met de voorspelde patronen waarvan lang wordt aangenomen dat ze optreden in een faseovergang van de eerste orde. Wetenschappers verzamelen en verwerken nog steeds gegevens van een meer gedetailleerde scan om aanvullende kenmerken van de faseovergang bij verschillende botsingsenergieën te begrijpen.