Un material que mantiene su tamaño exacto y forma con extremos en temperatura, por ejemplo, pudo tener valor en la fabricación de telescopios espaciales que se movían en órbita alrededor, cuyos espejos necesitan conservar su forma mientras que pasan de luz del sol en la sombra de la tierra.

Un cristal es las declaraciones que son las más fáciles de analizar porque sus moléculas congeladas son inmóviles y organizadas a menudo regularmente. Características de un cristal -- su capacidad de doblar la luz, por ejemplo -- revelar generalmente la información valiosa sobre cómo sus moléculas constitutivas se comportarán en temperaturas más altas, por ejemplo cuando se convierten en un líquido.

El desafío es que muchos materiales complejos pueden cristalizar en una multiplicidad de diversas estructuras. Cuando una sustancia se refresca a casi cero absoluto, y a él puede adquirir un número enorme grande de “estados de tierra posibles” -- el término para el arreglo molecular con la energía posible más baja. Los científicos intentan determinar el estado de tierra verdadero porque proporciona una comprensión fundamental de la materia en el de estado sólido y sus aplicaciones posibles. Sin embargo, la determinación es qué patrón molecular del estado de tierra verdadero requiere la prueba matemática que es dura de venir cerca.

“Recurrimos a las aproximaciones,” dijo a Christos Likos, profesor de la física teórica en la universidad de Düsseldorf en Alemania. “Nos ayudan a producir resultados significativos a veces, pero necesitamos tener un faro de vez en cuando para demostrarnos que estamos en la trayectoria derecha. Tales faros son raros en este negocio, pero la sal y Frank han encontrado uno.”

Los resultados de Torquato y de Stillinger exploran el comportamiento de las partículas mientras que atraen y se rechazan sobre distancias diversas. Analizando este comportamiento, los científicos podían concebir una correspondencia matemática exacta -- relaciones llamadas de la dualidad -- entre los arreglos posibles de partículas. El trabajo permitirá a los investigadores extraer conclusiones importantes sobre cómo las partículas en las temperaturas muy bajas obran recíprocamente sobre grandes distancias, una situación que sea muy difícil de tratar teóricamente.

“Una vez que los estados de tierra pueden ser resueltos y controlados con certeza, los científicos pudieron crear los materiales con las características virtualmente desconocidas en naturaleza,” Torquato dijo.

El Ministerio de Energía financió la investigación del equipo, que aparece en la edición del 16 de enero de las letras físicas de la revisión del diario. Torquato, que también se afilía con el instituto de Princeton para la ciencia y la tecnología de materiales, y el centro de Princeton para la física teórica, está disponible para el comentario en torquato@princeton.edu o (609) 258-3341.