La substance la plus rare est l’univers est probablement le plasma quark-gluon ou quelque chose comme ça. Il s’agit d’une phase de matière générée uniquement sous les températures et les 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 était sous la forme d’un plasma quark-gluon. Les quarks et les gluons sont des particules qui composent les nucléons comme les neutrons et les protons, qui à leur tour constituent les atomes qui constituent toute la matière. Les quarks sont les particules ayant une masse, tandis que les gluons sont les particules médiatrices de force qui collent les quarks ensemble.
Bien que le plasma quark-gluon soit actuellement un concurrent pour la substance la plus rare de l’univers, à ses débuts, c’était l’état normal de la matière. Un plasma de quarks et de gluons 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 séparer. 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 avons pu le produire à volonté dans des accélérateurs de particules, en utilisant d’énormes quantités d’énergie concentrées sur les 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. L’exploit a été accompli à l’accélérateur de particules du CERN en Suisse. Plus récemment, le Large Hadron Collider 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 s’avère qu’il existe au centre d’étoiles extrêmement massives. Certaines étoiles à neutrons (les restes laissés par certaines des plus grandes supernovas) sont plus denses que ce qui serait prédit par la théorie, ce qui fait penser à certains scientifiques qu’il ne s’agit pas en réalité d’étoiles à neutrons, mais d’étoiles à quarks. Les étoiles à neutrons ont un rayon compris entre 10 et 20 km (6 à 12 mi), mais une masse légèrement supérieure à celle du Soleil. En revanche, les étoiles à quarks, si elles existent, auraient un rayon compris entre 3 et 9 km (2-6 mi) et une masse comparable aux étoiles à neutrons, ce qui en ferait les objets les plus denses de l’univers. Le reste de la supernova RX J1856.5-3754, l’étoile à neutrons la plus proche de la Terre, est un candidat potentiel pour devenir une étoile à quarks.
Il existe d’autres substances qui se disputent le titre de substance la plus rare de l’univers. Il s’agit notamment des particules exotiques créées lors de collisions de rayons cosmiques à 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 encore la trouver flottant dans l’espace pratiquement partout, bien que dans des proportions très faibles.