La sostanza più rara dell’universo è probabilmente il plasma di quark-gluoni o qualcosa di simile. Questa è una fase della materia generata solo sotto le temperature e le pressioni più intense. Per la maggior parte del primo milionesimo di secondo dopo il Big Bang, l’evento esplosivo che ha creato il nostro universo, tutta la materia era sotto forma di plasma di quark e gluoni. Quark e gluoni sono particelle che costituiscono i nucleoni come neutroni e protoni, che a loro volta costituiscono gli atomi che costituiscono tutta la materia. I quark sono le particelle con massa, mentre i gluoni sono le particelle mediatrici di forza che “incollano” insieme i quark.
Sebbene il plasma di quark e gluoni sia attualmente un contendente per la sostanza più rara nell’universo, all’inizio era lo stato normale della materia. Un plasma di quark-gluoni è un bagno di quark e gluoni quasi liberi, che in genere sono strettamente bloccati nei nucleoni. I nucleoni convenzionali sono così strettamente tenuti insieme che anche un’esplosione nucleare o la temperatura e la pressione al centro del Sole non sono sufficienti per scuoterli. I quark liberi non sono mai stati osservati e alcuni fisici pensano che il fenomeno stesso dei quark liberi sia fisicamente impossibile.
Il plasma di quark-gluoni viene creato in alcune circostanze insolite al di fuori del Big Bang. Siamo stati in grado di produrlo a piacimento negli acceleratori di particelle, utilizzando enormi quantità di energia concentrata su ioni pesanti, dall’anno 2000. Ci sono voluti circa due decenni per cercare di crearlo, la sostanza più rara che conosciamo. L’impresa è stata compiuta presso l’acceleratore di particelle del CERN in Svizzera. Più di recente, il Large Hadron Collider del CERN sta conducendo esperimenti sul plasma di quark e gluoni.
Il plasma di quark-gluoni potrebbe non essere effettivamente la sostanza più rara se risulta esistere nei centri di stelle estremamente massicce. Alcune stelle di neutroni (il resto lasciato da alcune delle più grandi supernove) sono più dense di quanto previsto dalla teoria, portando alcuni scienziati a sospettare che queste non siano effettivamente stelle di neutroni, ma in realtà stelle di quark. Le stelle di neutroni hanno un raggio compreso tra 10 e 20 km (6 – 12 mi), ma una massa leggermente più grande di quella del Sole. Al contrario, le stelle di quark, se esistono, avrebbero un raggio compreso tra 3 e 9 km (2-6 mi) e una massa paragonabile alle stelle di neutroni, il che le renderebbe gli oggetti più densi dell’universo. Il resto di supernova RX J1856.5-3754, la stella di neutroni più vicina alla Terra, è un potenziale candidato per essere una stella di quark.
Ci sono altre sostanze che si contendono il titolo di sostanza più rara dell’universo. Questi includono le particelle esotiche create sotto collisioni di raggi cosmici ad altissima energia e altre particelle esotiche che esistevano agli albori dell’universo ma non sono mai state viste da allora. L’antimateria non si qualifica come la sostanza più rara nell’universo perché può ancora essere trovata fluttuante nello spazio praticamente ovunque, anche se in proporzioni molto basse.