Tout comme la matière ordinaire est faite d’atomes, les noyaux des atomes sont faits de nucléons – les protons et les neutrons – dont l’arrangement peut rappeler les différents états de la matière : liquide, gaz, plasma. Produire de la matière nucléaire dans ces différentes phases et en étudier les transitions permet de mieux comprendre et modéliser les forces qui retiennent les nucléons ensemble. L’état « plasmique » offre en outre une vision de ce qu’a pu être la matière au moment du big bang, avant la formation des noyaux, lorsque les quarks et les gluons formaient ce que les physiciens appellent une « soupe », où les barrières entre nucléons n’existent plus. La matière nucléaire n’existe que pour des dosages bien précis entre neutrons et protons, et l’étude des dosages inconnus dans la nature, car trop instables, renseigne également sur les forces et les arrangements nucléaires. Mettre trop de neutrons dans un noyau, ou au contraire l’appauvrir en neutrons provoquent des effets parfois étranges, mais calculables. La course aux records dans la création de noyaux super lourds rentre également dans ce domaine. Les études expérimentales de ces états extrêmes font appel à des collisions de plus en plus complexes, pour lesquelles l’habileté des physiciens et des ingénieurs des accélérateurs est très sollicitée : production et accélération de très gros ions, d’ions radioactifs qu’il faut faire entrer en collision avant leur désintégration, ou ajustement très fin des énergies. Les physiciens du Dapnia sont fortement mobilisés dans les groupes expérimentaux voués à ces travaux. Les ressources techniques réputées du département leur permettent de concevoir et de mettre en œuvre des détecteurs toujours plus performants. L’étude des noyaux est une longue tradition au Dapnia, tout comme sa position dans le peloton de tête de ce domaine.