Głównym celem fizyki zderzeń ciężkich jonów jest wytworzenie gorącej i gęstej materii o gęstości energii większej niż 1 GeV/fm3. Oczekuje się, że w tak ekstremalnych warunkach powstaje nowy stan materii, tzw. plazma kwarkowo-gluonowa (ang. Quark-Gluon Plasma, QGP), składająca się z niezwiązanych kwarków, antykwarków i gluonów, będących w stanie z odtworzona symetrią chiralną. Badanie własności tej niezwykłej materii pozwoli lepiej zrozumieć fizykę gęstych układów, których istnienie powszechnie się rozważa. W szczególności, modele ewolucji Wszechświata przyjmują cała materia Wszechświata była w stanie QGP około 10ms po Wielkim Wybuch. Podobne układy mogą również być obecne w jądrach gwiazd neutronowych.

Podobnie jak akcelerator RHIC (ang. Relativistic Heavy Ion Collider, który zanjduje się w Brookhaven National Laboratory, rysunek obok przedstawia schematyczny widok pojedynczego zderzenia dwóch jąder)w przeszłości, obecnie akcelerator LHC otworzył nową erę w fizyce ciężkich jonów. W akceleratorze LHC jony ołowiu (Pb) zderzane są z rekordowo dużą energią √ s_NN=5 TeV, czyli o czynnik 25 razy większą niż energia osiągana w akceleratorze RHIC. Przy tak dużej energii odkryto nowe niezwykłe własności plazmy kwarkowo-gluonowej. Eksperyment ATLAS posiada unikalne możliwości, które są wykorzystywane w badaniu zderzeń jądro-jądro. W szczególności, w detektorze ATLAS wyznacza się krotność cząstek naładowanych, ich rozkłady kątowe, eliptyczny wypływ, widma cząstek naładowanych, tłumienie produkcji dżetów, jak również badana jest produkcja cząstek o ukrytym zapachu (tzw. "Quarkonia"). Obecnie nasza grupa jest zaangażowana w badanie efektów kolektywnych w zderzeniach ciężkich jonów.