Quelle est la substance la plus rare de l'univers?
La substance la plus rare est l'univers est probablement le plasma quark-gluon ou quelque chose de similaire. Il s’agit d’une phase de la matière générée uniquement sous les températures et pressions les plus intenses. Pendant la majeure partie du premier millionième de seconde après le Big Bang, l'événement explosif qui a créé notre univers, toute la matière se présentait sous la forme d'un plasma de quark-gluon. Les quarks et les gluons sont des particules qui composent les nucléons, tels que les neutrons et les protons, qui forment à leur tour les atomes qui constituent toute la matière. Les quarks sont les particules ayant une masse, tandis que les gluons sont les particules qui «collent» entre elles.
Bien que le plasma quark-gluon soit actuellement un candidat pour la substance la plus rare de l’univers, il était à ses débuts l’état normal de la matière. Un plasma quark-gluon est un bain de quarks et de gluons presque libres, qui sont généralement étroitement enfermés dans des nucléons. Les nucléons conventionnels sont si étroitement liés que même une explosion nucléaire ou la température et la pression au cœur du Soleil ne suffisent pas à les secouer. Les quarks libres n'ont jamais été observés et certains physiciens pensent que le phénomène même des quarks libres est physiquement impossible.
Le plasma quark-gluon est créé dans des circonstances inhabituelles en dehors du Big Bang. Nous pouvons le produire à volonté dans des accélérateurs de particules, en utilisant d’énormes quantités d’énergie concentrée sur des ions lourds, depuis l’an 2000. Il a fallu environ deux décennies pour essayer de le créer, la substance la plus rare que nous connaissions. Cet exploit a été accompli à l'accélérateur de particules du CERN en Suisse. Plus récemment, le grand collisionneur de hadrons du CERN mène des expériences sur le plasma quark-gluon.
Le plasma de quarks et de gluons n'est peut-être pas la substance la plus rare s'il existe au centre d'étoiles extrêmement massives. Certaines étoiles à neutrons (le résidu laissé par certaines des plus grandes supernovas) sont plus denses que ne le supposerait la théorie. Certains scientifiques soupçonnent alors qu'il ne s'agit pas réellement d'étoiles à neutrons, mais bien d'étoiles à quarks. Les étoiles à neutrons ont un rayon compris entre 10 et 20 km, mais une masse légèrement supérieure à celle du Soleil. En revanche, les étoiles de quark, si elles existent, auraient un rayon compris entre 3 et 9 km et une masse comparable aux étoiles à neutrons, ce qui en fait les objets les plus denses de l'univers. Le résidu de supernova RX J1856.5-3754, l’étoile à neutrons la plus proche de la Terre, est un candidat potentiel pour devenir une étoile à quartz.
Il y a d'autres substances qui se disputent le titre de substance la plus rare de l'univers. Celles-ci incluent les particules exotiques créées lors de collisions de rayons cosmiques de très haute énergie et d'autres particules exotiques qui existaient à l'aube de l'univers mais n'ont jamais été vues depuis. L'antimatière n'est pas considérée comme la substance la plus rare de l'univers, car on peut toujours la trouver flottant dans l'espace pratiquement partout, même dans des proportions très faibles.