位于欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）近期利用氧核和氖核开展的轻离子碰撞实验，首次在四大实验中同时发现疑似夸克–胶子等离子体的多重信号，这种极端物质形态被认为在大爆炸后最初的百万分之一秒内充满了整个宇宙。
在最新公布的结果中，ALICE、ATLAS、CMS 和 LHCb 四个实验团队分别在氧–氧与氖–氖碰撞数据中识别出与夸克–胶子等离子体（QGP）形成相吻合的迹象，表明即便是相对较轻的离子体系，也可能在高能条件下重建早期宇宙的原初态物质。研究人员指出，在 LHC 内部，这些碰撞产生的温度超过太阳中心的十万倍，在如此巨大压强和温度下，通常由夸克和胶子构成的复合粒子会被“熔解”，释放出自由的夸克和胶子，短暂回到宇宙诞生初期的物质状态。
长期以来，物理学界普遍认为只有像铅这样极重的离子在对撞时才具备形成 QGP 的条件，因为铅离子的质量超过质子的 200 倍，更容易在碰撞中产生足够的能量密度。然而，近年的一系列结果不断动摇这一假设：ALICE 先前就在质子–质子和质子–铅碰撞中报告过与 QGP 相关的信号，去年四个实验也在氧–氧碰撞中看到首次迹象，而今年对氧–氧与氖–氖数据的深入分析进一步强化了轻离子体系中出现 QGP 的可能性。
ATLAS 的最新分析关注的是所谓“部分子能量损失”效应：高速运动的夸克与胶子在穿越炽热致密的等离子体时会丢失能量，这一过程可以通过粒子喷注成对出现时能量不平衡来体现。在氧–氧和氖–氖碰撞中，ATLAS 观察到喷注对能量失衡随碰撞“中心度”增强而加剧——越接近正面、越“中央”的碰撞，等离子体体积越大，穿过其中的粒子能量损失也越显著，这与 QGP 的预期行为高度一致。对带电粒子与光子反冲模式的初步测量亦显示出随中心度变化的同类趋势，为部分子能量损失提供额外支撑。
CMS、ALICE 与 LHCb 则从高能粒子产额的“抑制”角度验证这一现象：如果部分子在等离子体中显著损失能量，那么最终产生的高能粒子数量会低于以质子–质子碰撞为基准的预期。CMS 在氧–氧和氖–氖碰撞中发现带电粒子产额较质子–质子碰撞明显减少，这一抑制效应表明部分子能量损失确实在轻离子体系中发生。LHCb 专门研究由一个粲夸克和一个轻夸克构成的粒子，结果显示在氖–氖碰撞中这类粒子的抑制比氧–氧更强，这与“质量更重的氖系统能产生更大体积 QGP，从而导致更强能量损失”的理论图景相符。
考虑到还有其他机制可能导致粒子产额下降，ALICE 进行了针对性的对比测量，以尽量剥离非 QGP 贡献。该团队比较了氧–氧与质子–氧碰撞中中性 π 介子的产额，结果在氧–氧数据中获得了关于部分子能量损失的“无歧义证据”，进一步锁定 QGP 在轻离子碰撞中的存在。
研究者还从另一条独立线索——短寿命的重夸克–反夸克束缚态——追踪 QGP 的影响。这类粒子根据内部束缚强度不同可分为多种能级，理论预言 QGP 更易“摧毁”束缚较弱的态，因此不同能级的产额抑制模式可作为等离子体的探针。CMS 在含底夸克–反底夸克的 Υ 介子体系中比较了氧–氧和氖–氖碰撞，发现与预期一致的能级选择性抑制证据，而 LHCb 也在质子–氧和氧–氧数据中报告了类似的初步迹象。
ALICE 方面公布的另一项初步结果，则聚焦于碰撞后粒子喷发方向的“各向异性流动”。在氧–氧碰撞中，由三个夸克组成的重子相较于由两个夸克组成的介子表现出更强的方向性流动，这一各向异性图案表明 QGP 的整体集体运动会部分传递给中等动量区间的新生粒子。由于重子比介子多一个夸克，它们能够从等离子体的流动中“继承”更多动量，这与当前对 QGP 动力学的主流解释相吻合。
随着更多信号在不同观测渠道中交叉出现，轻离子碰撞中形成 QGP 的图景愈发清晰，多项独立证据共同指向这一极端物质态的存在。研究团队表示，他们将继续在现有轻离子数据中挖掘更多细节，为理解早期宇宙物理构建更完整的图像。与此同时，LHC 本身也正在升级为更高亮度的高光度 LHC，届时将提供更丰富的数据和更高的统计精度，让物理学家得以在前所未有的尺度上审视这种诞生于宇宙初始瞬间的原初物质。