हांगकांग विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने टोक्यो विश्वविद्यालय के सहयोगियों के साथ एक सामान्य सिद्धांत प्रस्तावित किया है, जो स्पष्ट रूप से बताता है कि पदार्थ की दो अवस्थाएँ कब अलग-अलग चरणों के रूप में बनी रहती हैं और कब वे सहज रूप से एक-दूसरे में परिवर्तित हो जाती हैं। यह कार्य अत्यधिक उच्च दबाव पर जल-बर्फ के व्यवहार के बारे में वर्षों पुराने विवाद का समाधान करता है और साथ ही विभिन्न स्पिन मानों वाले चुंबकीय तंत्रों का वर्णन करने के लिए एक सार्वभौमिक उपकरण प्रदान करता है।
समझने की कुंजी सममिति में निहित है। उदाहरण के लिए, तरल जल और भाप में समान सममिति होती है: अणुओं की कोई विशिष्ट दिशा नहीं होती। इसलिए क्रांतिक बिंदु के बाद वे बिना किसी तीक्ष्ण सीमा के एक-दूसरे में परिवर्तित हो जाते हैं और एक ही चरण माने जाते हैं। लेकिन बर्फ एक क्रिस्टलीय जालक बनाती है, जो इस सममिति को भंग करती है, और इसलिए वह सदैव तरल से एक वास्तविक चरण-सीमा द्वारा अलग रहती है।
बर्फ के सघन रूपों — VII, VIII और X — के मामले में ऑक्सीजन परमाणु एक ही ढाँचा-संरचना बनाते हैं, और अंतर केवल हाइड्रोजन परमाणुओं की स्थिति से संबंधित है। बर्फ VII में हाइड्रोजन यादृच्छिक स्थितियों में होते हैं, VIII में क्रमबद्ध, और X में वे ऑक्सीजनों के ठीक बीच में होते हैं। VII और X की क्रिस्टल की औसत सममिति समान निकलती है, और लंबे समय तक यह स्पष्ट नहीं था कि वे अलग-अलग चरण हैं या एक ही चरण की भिन्न अभिव्यक्तियाँ।
वैज्ञानिकों ने समस्या को चुंबकत्व की भाषा में पुनर्सूत्रित किया। ऑक्सीजन परमाणुओं के बीच के आबंधों के मध्यबिंदु एक पायरोक्लोर जालक बनाते हैं — वही जालक जिस पर प्रसिद्ध «स्पिन बर्फ» आधारित हैं। हाइड्रोजन की तीन संभावित स्थितियाँ स्पिन 1 वाले चुंबकीय आघूर्ण की तीन अवस्थाओं के अनुरूप हैं। VIII के क्रमण को ध्यान में न रखने वाले सरलीकृत मॉडल में, बर्फ VII और X को केवल परम शून्य पर एक तीक्ष्ण संक्रमण अलग करता है। किसी भी परिमित तापमान पर तापीय दोष चुंबकीय मोनोपोल की तरह व्यवहार करते हैं, क्षेत्र का परिरक्षण करते हैं और तीक्ष्ण सीमा को सहज क्रॉसओवर में बदल देते हैं। इस प्रकार, VII और X एक ही चरण से संबंधित हैं, जबकि VIII भंग सममिति के कारण अलग रहता है।
Physical Review X में मुख्य लेख परिणाम को स्पिन बर्फ के शास्त्रीय पायरोक्लोर मॉडलों में स्पिन के मनमाने मानों तक सामान्यीकृत करता है। पता चला कि चरणों को दोषों के तंतुओं का एक जाल अलग करता है: जब तक तंतु बंद रहते हैं, अवस्थाएँ भिन्न रहती हैं। गर्म करने पर मोनोपोल तंतुओं को तोड़ देते हैं, और अंतर मिट जाता है। अपवाद स्पिन 3/2 है, जहाँ दो तरल-सदृश चुंबकीय अवस्थाओं के बीच तीक्ष्ण संक्रमण परिमित तापमान पर बना रहता है और बिना बाह्य क्षेत्र के एक क्रांतिक बिंदु पर समाप्त होता है — भविष्य के प्रयोगों के लिए एक आशाजनक लक्ष्य।
प्रोफेसर हारुकी वातानाबे ने जोर देकर कहा: परिणाम पुष्टि करते हैं कि सामान्य पदार्थ के चरणों का वर्गीकरण विशेष रूप से भंग सममिति के आधार पर होता है। जहाँ भी सममिति अवस्थाओं में भेद नहीं करती, वहाँ चरण-सीमा के बिना एक सतत पथ मौजूद होता है। अब शोधकर्ता ऐसे टोपोलॉजिकल चरणों की खोज कर रहे हैं जो इस वर्गीकरण के परे परिमित तापमान पर विद्यमान हो सकें।
नया सिद्धांत न केवल बर्फ की पुरानी पहेली को सुलझाता है, बल्कि जटिल चुंबकीय पदार्थों, नैनोचुंबकीय सरणियों और शीत परमाणु तंत्रों के व्यवहार की भविष्यवाणी करने का मार्ग भी खोलता है।
