Vid extremt höga tätheter (ca 10 gånger tätare än normala atomkärnor) och temperaturer väntas enligt teorin för stark växelverkan (QCD) kärnmaterien övergå till ett så kallat Kvark Gluon Plasma. Kärnans beståndsdelar, protoner och neutroner (nukleonerna) är då så sammanpressade att de tränger in i varandra. Därigenom skulle deras byggstenar, kvarkarna, som normalt bara uppträder tre och tre (just i protoner och neutroner) eller i par (s.k. mesoner som materialiseras om energin är tillräcklig) kunna uppträda som om de vore fria att röra sig i hela det täta systemet, tillsammans med den starka växelverkans kraftförmedlare, gluonerna. Därav tillståndets namn, Kvark Gluon Plasma (QGP).

En deuteron-guld kollision sedd med STAR-detektorn. Kärnorna kommer mot varandra vinkelrätt mot bildplanet. Spåren av de producerade, laddade partiklarna är krökta av ett magnetfält som omger detektorn. I en guld-guld kollision produceras betydligt fler partiklar.

De tätheter som krävs är ofattbara. Betänk att normala atomkärnor har sådan täthet att ett knappnålshuvud av sådan materia väger lika mycket som vattnet i 100 olympiska simbassänger. Här behövs alltså mer än 10 gånger tätare materia än så. Likaså måste temperaturen vara extremt hög, cirka 300 miljoner gånger högre än på solens yta. Sådana villkor fanns under de första miljondelarna av en sekund under Big Bang och man anser att hela universum var ett Kvark Gluon Plasma i detta skede. Likaså kan väldigt massiva neutronstjärnor vara täta nog för att innehålla ett Kvark Gluon Plasma. Det finns rapporter från det senaste året som kan betyda att en sådan 'kvarkstjärna' faktiskt observerats.