Jaka jest najrzadsza substancja we wszechświecie?
Najrzadszą substancją jest wszechświat, prawdopodobnie plazma kwarkowo-gluonowa lub coś podobnego. Jest to faza materii wytwarzana tylko w najbardziej intensywnych temperaturach i ciśnieniach. Przez większość pierwszej milionowej sekundy po Wielkim Wybuchu, wybuchowym wydarzeniu, które stworzyło nasz wszechświat, cała materia miała postać plazmy kwarkowo-gluonowej. Kwarki i gluony są cząsteczkami, które tworzą nukleony, takie jak neutrony i protony, które z kolei tworzą atomy tworzące całą materię. Kwarki to cząstki o masie, podczas gdy gluony to cząsteczki pośredniczące w sile, które „sklejają” kwarki razem.
Chociaż plazma kwarkowo-gluonowa jest obecnie pretendentem do najrzadszej substancji we wszechświecie, na początku była to normalna materia. Plazma kwarkowo-gluonowa jest kąpielą prawie wolnych kwarków i gluonów, które zazwyczaj są ściśle zamknięte w nukleonach. Konwencjonalne nukleony są tak ściśle ze sobą połączone, że nawet wybuch jądrowy lub temperatura i ciśnienie w jądrze Słońca nie wystarczą, aby je rozdzielić. Wolnych kwarków nigdy nie zaobserwowano, a niektórzy fizycy uważają, że samo zjawisko kwarków wolnych jest fizycznie niemożliwe.
Plazma kwarkowo-gluonowa powstaje w nietypowych okolicznościach poza Wielkim Wybuchem. Od 2000 roku jesteśmy w stanie produkować go w akceleratorach cząstek przy użyciu ogromnych ilości energii skoncentrowanej na ciężkich jonach. Zajęło to około dwóch dekad próby stworzenia go, najrzadszej znanej nam substancji. Osiągnięto to na akceleratorze cząstek CERN w Szwajcarii. Niedawno wielki zderzacz hadronów CERN przeprowadza eksperymenty na plazmie kwarkowo-gluonowej.
Plazma kwarkowo-gluonowa może nie być najrzadszą substancją, jeśli okaże się, że istnieje w centrach niezwykle masywnych gwiazd. Niektóre gwiazdy neutronowe (pozostałość pozostawiona przez niektóre z największych supernowych) są bardziej gęste, niż można by przypuszczać teoretycznie, co powoduje, że niektórzy naukowcy podejrzewają, że nie są to tak naprawdę gwiazdy neutronowe, ale gwiazdy kwarkowe. Promienie gwiazd neutronowych mają promień od 10 do 20 km (6-12 mil), ale mają masę nieco większą niż Słońce. Natomiast gwiazdy kwarkowe, jeśli istnieją, miałyby promień od 3 do 9 km (2-6 mi) i masę porównywalną z gwiazdami neutronowymi, co czyni je najgęstszymi obiektami we wszechświecie. Resztka supernowej RX J1856.5-3754, gwiazda neutronowa najbliższa Ziemi, jest jednym potencjalnym kandydatem na bycie gwiazdą kwarkową.
Istnieją inne substancje, które walczą o tytuł najrzadszej substancji we wszechświecie. Należą do nich egzotyczne cząstki powstałe w wyniku zderzeń promieni kosmicznych o bardzo wysokiej energii oraz inne egzotyczne cząstki, które istniały u zarania Wszechświata, ale nigdy nie były odtąd widziane. Antymateria nie kwalifikuje się jako najrzadsza substancja we wszechświecie, ponieważ wciąż można ją znaleźć w przestrzeni praktycznie wszędzie, choć w bardzo małych proporcjach.