A golden age for heavy quarkonium physics dawned a decade ago, initiated by the confluence of exciting advances in quantum chromodynamics (QCD) and an explosion of related experimental activity. The early years of this period were chronicled in the Quarkonium Working Group (QWG) CERN Yellow Report (YR) in 2004, which presented a comprehensive review of the status of the field at that time and provided specific recommendations for further progress. However, the broad spectrum of subsequent breakthroughs, surprises, and continuing puzzles could only be partially anticipated. Since the release of the YR, the BESII program concluded only to give birth to BESIII; the $B$-factories and CLEO-c flourished; quarkonium production and polarization measurements at HERA and the Tevatron matured; and heavy-ion collisions at RHIC have opened a window on the deconfinement regime. All these experiments leave legacies of quality, precision, and unsolved mysteries for quarkonium physics, and therefore beg for continuing investigations. The plethora of newly-found quarkonium-like states unleashed a flood of theoretical investigations into new forms of matter such as quark-gluon hybrids, mesonic molecules, and tetraquarks. Measurements of the spectroscopy, decays, production, and in-medium behavior of c\bar{c}, b\bar{b}, and b\bar{c} bound states have been shown to validate some theoretical approaches to QCD and highlight lack of quantitative success for others. The intriguing details of quarkonium suppression in heavy-ion collisions that have emerged from RHIC have elevated the importance of separating hot- and cold-nuclear-matter effects in quark-gluon plasma studies. This review systematically addresses all these matters and concludes by prioritizing directions for ongoing and future efforts.

ALICE is a general-purpose heavy-ion experiment designed to study the physics of strongly interacting matter and the quark–gluon plasma in nucleus–nucleus collisions at the LHC. It currently involves more than 900 physicists and senior engineers, from both the nuclear and high-energy physics sectors, from over 90 institutions in about 30 countries.

We report on a precision measurement of low-mass muon pairs in 158 AGeV indium-indium collisions at the CERN SPS. A significant excess of pairs is observed above the yield expected from neutral meson decays. The unprecedented sample size of 360,000 dimuons and the good mass resolution of about 2% allow us to isolate the excess by subtraction of the decay sources. The shape of the resulting mass spectrum is consistent with a dominant contribution from pi+pi- -->rho -->mu+mu- annihilation. The associated space-time averaged spectral function shows a strong broadening, but essentially no shift in mass. This may rule out theoretical models linking hadron masses directly to the chiral condensate.

Abstract One of the key challenges for nuclear physics today is to understand from first principles the effective interaction between hadrons with different quark content. First successes have been achieved using techniques that solve the dynamics of quarks and gluons on discrete space-time lattices 1,2 . Experimentally, the dynamics of the strong interaction have been studied by scattering hadrons off each other. Such scattering experiments are difficult or impossible for unstable hadrons 3–6 and so high-quality measurements exist only for hadrons containing up and down quarks 7 . Here we demonstrate that measuring correlations in the momentum space between hadron pairs 8–12 produced in ultrarelativistic proton–proton collisions at the CERN Large Hadron Collider (LHC) provides a precise method with which to obtain the missing information on the interaction dynamics between any pair of unstable hadrons. Specifically, we discuss the case of the interaction of baryons containing strange quarks (hyperons). We demonstrate how, using precision measurements of proton–omega baryon correlations, the effect of the strong interaction for this hadron–hadron pair can be studied with precision similar to, and compared with, predictions from lattice calculations 13,14 . The large number of hyperons identified in proton–proton collisions at the LHC, together with accurate modelling 15 of the small (approximately one femtometre) inter-particle distance and exact predictions for the correlation functions, enables a detailed determination of the short-range part of the nucleon-hyperon interaction.

Abstract The ALICE experiment was proposed in 1993, to study strongly-interacting matter at extreme energy densities and temperatures. This proposal entailed a comprehensive investigation of nuclear collisions at the LHC. Its physics programme initially focused on the determination of the properties of the quark–gluon plasma (QGP), a deconfined state of quarks and gluons, created in such collisions. The ALICE physics programme has been extended to cover a broader ensemble of observables related to Quantum Chromodynamics (QCD), the theory of strong interactions. The experiment has studied Pb–Pb, Xe–Xe, p–Pb and pp collisions in the multi-TeV centre of mass energy range, during the Run 1–2 data-taking periods at the LHC (2009–2018). The aim of this review is to summarise the key ALICE physics results in this endeavor, and to discuss their implications on the current understanding of the macroscopic and microscopic properties of strongly-interacting matter at the highest temperatures reached in the laboratory. It will review the latest findings on the properties of the QGP created by heavy-ion collisions at LHC energies, and describe the surprising QGP-like effects in pp and p–Pb collisions. Measurements of few-body QCD interactions, and their impact in unraveling the structure of hadrons and hadronic interactions, will be discussed. ALICE results relevant for physics topics outside the realm of QCD will also be touched upon. Finally, prospects for future measurements with the ALICE detector in the context of its planned upgrades will also be briefly described.