হংকং বিজ্ঞান ও প্রযুক্তি বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষকরা টোকিও বিশ্ববিদ্যালয়ের সহকর্মীদের সঙ্গে মিলে একটি সাধারণ তত্ত্ব প্রস্তাব করেছেন, যা স্পষ্টভাবে নির্ধারণ করে কখন পদার্থের দুটি অবস্থা আলাদা দশা হিসেবে থাকে আর কখন তারা মসৃণভাবে একে অপরের মধ্যে রূপান্তরিত হয়। এই কাজটি অত্যন্ত উচ্চ চাপে জলীয় বরফের আচরণ নিয়ে বহু বছরের বিতর্কের সমাধান করে এবং একই সঙ্গে ভিন্ন স্পিন-মানের চৌম্বকীয় ব্যবস্থা বর্ণনার জন্য একটি সর্বজনীন যন্ত্র প্রদান করে।
বোঝার চাবিকাঠি রয়েছে প্রতিসাম্যে। উদাহরণস্বরূপ, তরল জল ও বাষ্পের প্রতিসাম্য একই: অণুগুলির কোনো নির্দিষ্ট দিক নেই। তাই ক্রান্তিক বিন্দুর পরে তারা কোনো তীক্ষ্ণ সীমানা ছাড়াই একে অপরের মধ্যে রূপান্তরিত হয় এবং একই দশা হিসেবে গণ্য হয়। কিন্তু বরফ একটি স্ফটিক জালক গঠন করে, যা এই প্রতিসাম্য ভঙ্গ করে, আর তাই এটি সর্বদা তরল থেকে প্রকৃত দশা-সীমানা দ্বারা পৃথক থাকে।
বরফের ঘন রূপগুলি — VII, VIII এবং X — এর ক্ষেত্রে অক্সিজেন পরমাণুগুলি একই কাঠামোর জালক গঠন করে, আর পার্থক্য কেবল হাইড্রোজেন পরমাণুর অবস্থান নিয়ে। বরফ VII-তে হাইড্রোজেনগুলি এলোমেলো অবস্থানে থাকে, VIII-তে সুশৃঙ্খল, আর X-এ তারা অক্সিজেনগুলির ঠিক মাঝখানে অবস্থান করে। VII ও X-এর স্ফটিকের গড় প্রতিসাম্য একই রকম হয়ে যায়, এবং দীর্ঘকাল ধরে অনিশ্চিত ছিল তারা আলাদা দশা কি না বা একই দশার ভিন্ন প্রকাশ কি না।
বিজ্ঞানীরা সমস্যাটিকে চুম্বকত্বের ভাষায় পুনর্ব্যক্ত করেছেন। অক্সিজেন পরমাণুগুলির মধ্যে বন্ধনের মধ্যবিন্দুগুলি একটি পাইরোক্লোর জালক গঠন করে — ঠিক সেই জালক, যার উপর বিখ্যাত «স্পিন আইস» নির্মিত। হাইড্রোজেনের তিনটি সম্ভাব্য অবস্থান স্পিন 1-এর চৌম্বকীয় ভ্রামকের তিনটি অবস্থার সঙ্গে সঙ্গতিপূর্ণ। VIII-এর সুশৃঙ্খলন বিবেচনা না করে সরলীকৃত মডেলে, বরফ VII ও X-কে কেবল পরম শূন্যে একটি তীক্ষ্ণ রূপান্তর পৃথক করে। যেকোনো সসীম তাপমাত্রায় তাপীয় ত্রুটিগুলি চৌম্বকীয় মনোপোলের মতো আচরণ করে, ক্ষেত্রকে আচ্ছাদন করে এবং তীক্ষ্ণ সীমানাকে মসৃণ ক্রসওভারে পরিণত করে। এইভাবে, VII ও X একই দশার অন্তর্গত, আর VIII ভঙ্গ প্রতিসাম্যের কারণে আলাদা থাকে।
Physical Review X-এ প্রকাশিত প্রধান নিবন্ধটি ক্লাসিক্যাল পাইরোক্লোর স্পিন আইস মডেলগুলিতে স্বেচ্ছাচারী স্পিন-মানে ফলাফলটিকে সাধারণীকৃত করে। দেখা গেল যে দশাগুলিকে ত্রুটির সূত্রের একটি জালক পৃথক করে: যতক্ষণ সূত্রগুলি বদ্ধ থাকে, অবস্থাগুলি ভিন্ন। উত্তপ্ত করলে মনোপোলগুলি সূত্রগুলি ছিঁড়ে ফেলে, এবং পার্থক্য লুপ্ত হয়। ব্যতিক্রম হল স্পিন 3/2, যেখানে দুটি তরল-সদৃশ চৌম্বকীয় অবস্থার মধ্যে তীক্ষ্ণ রূপান্তর সসীম তাপমাত্রায় টিকে থাকে এবং বাহ্যিক ক্ষেত্র ছাড়াই একটি ক্রান্তিক বিন্দুতে শেষ হয় — ভবিষ্যতের পরীক্ষার জন্য একটি সম্ভাবনাময় লক্ষ্য।
অধ্যাপক হারুকি ওয়াতানাবে জোর দিয়ে বলেন: ফলাফলগুলি নিশ্চিত করে যে সাধারণ পদার্থের দশাগুলি কেবল ভঙ্গ প্রতিসাম্য দ্বারা শ্রেণীবদ্ধ হয়। যেখানেই প্রতিসাম্য অবস্থাগুলিকে পৃথক করে না, সেখানেই দশা-সীমানা ছাড়া একটি অবিচ্ছিন্ন পথ বিদ্যমান। এখন গবেষকরা টপোলজিক্যাল দশা খুঁজছেন, যা এই শ্রেণীবিভাগের বাইরে সসীম তাপমাত্রায় বিদ্যমান থাকতে পারে।
নতুন তত্ত্বটি কেবল বরফের পুরনো ধাঁধার সমাধান করে না, বরং জটিল চৌম্বকীয় পদার্থ, ন্যানোচৌম্বকীয় অ্যারে এবং শীতল পরমাণু ব্যবস্থার আচরণ পূর্বাভাসের পথও খুলে দেয়।
