La carte de la matière nucléaire dense ressemble à une carte routière : les lignes de transition de phase se croisent en des points critiques, comme des routes à des carrefours. Jusqu'à présent, on connaissait deux carrefours sur cette carte : la transition nucléaire liquide-gaz et le déconfinement, où les hadrons se désintègrent en quarks. Désormais, les auteurs de l'étude ont ajouté un troisième carrefour, menant à une phase dominée par l'étrangeté.
Pour dresser une telle carte, les scientifiques ont utilisé le modèle de champ moyen chiral CMF++. Il prend en compte la symétrie des interactions fortes et inclut l'ensemble complet des baryons et des quarks. L'équation d'état est calculée dans un espace à quatre dimensions : la température, les potentiels chimiques baryonique, étrange et électrique. Les solutions stables et instables sont déterminées par la matrice hessienne, et les points critiques par les pics de susceptibilité baryonique.
À température nulle, trois phases sont identifiées : une phase hadronique légère (principalement des nucléons), une phase quarkique et une phase étrange. Lors du chauffage, chaque transition de première espèce se termine par un point critique. Pour la transition étrange, la température critique T_c ≈ 40 MeV, ce qui correspond à environ 460 milliards de kelvins, soit des dizaines de milliers de fois plus chaud que le centre du Soleil. La ligne de déconfinement, à basse température, se courbe vers des potentiels chimiques baryoniques plus faibles, ce qui est opposé au comportement standard.
Auparavant, on ignorait si la phase hyperonique pouvait coexister avec la transition liquide-gaz et le déconfinement dans un même modèle. Désormais, il est démontré que, pour certains paramètres, trois points critiques distincts apparaissent. C'est la première démonstration de trois carrefours sur une même carte de la matière dense.
Ce résultat est important pour comprendre la composition des régions internes des étoiles à neutrons et la dynamique de leurs fusions. Les futures expériences de collisions d'ions lourds pourront vérifier si la phase étrange apparaît dans des conditions réelles. Si c'est le cas, la carte de la matière dense deviendra encore plus détaillée, et les carrefours plus prévisibles.
La température critique de la transition étrange, environ 40 MeV, correspond à environ 460 milliards de kelvins, soit des dizaines de milliers de fois plus chaud que le centre du Soleil.
Dans le roman « Schismatrice » de Bruce Sterling, des êtres intelligents vivent dans les conditions extrêmes des étoiles à neutrons. Des transitions de phase comme celles étudiées ici pourraient définir les frontières de leur monde.