Een materiaal dat zijn nauwkeurige grootte en vorm door uitersten in temperatuur handhaaft zou, bijvoorbeeld, in de vervaardiging van cirkelende ruimtetelescopen waardevol kunnen zijn, de waarvan spiegels hun vorm moeten behouden aangezien zij van zonlicht in de schaduw van de Aarde overgaan.

Een kristal is de stand van zaken die het gemakkelijkst is te analyseren omdat zijn bevroren molecules onbeweeglijk en vaak regelmatig georganiseerd zijn. De eigenschappen van een kristal -- zijn capaciteit om licht te buigen, bijvoorbeeld -- openbaar over het algemeen waardevolle informatie over hoe zijn constituerende molecules zich bij hogere temperaturen, zullen gedragen zoals wanneer zij een vloeistof worden.

De uitdaging is dat vele complexe materialen in een massa verschillende structuren kunnen kristalliseren. Wanneer een substantie aan bijna absolute nul, wordt gekoeld en het kan een enorm groot aantal mogelijke „grondstaten“ overnemen -- de termijn voor de moleculaire regeling met de laagste mogelijke energie. De wetenschappers willen de ware grondstaat bepalen omdat het een fundamenteel inzicht in kwestie in het in vaste toestand en zijn mogelijk gebruik verstrekt. Nochtans, vereist het bepalen van welk moleculair patroon de ware grondstaat is wiskundig bewijs dat moeilijk is voorbij te komen.

„Wij nemen tot benaderingen zijn toevlucht,“ bovengenoemde Christos Likos, een professor van theoretische fysica bij de Universiteit van Dusseldorf in Duitsland. „Zij helpen ons zinvolle resultaten veroorzaken soms, maar wij moeten een vuurtoren nu en dan hebben om ons te tonen wij zijn op de juiste weg. Dergelijke vuurtorens zijn zeldzaam in deze zaken, maar het Zout en Frank hebben.“ gevonden

De bevindingen van Torquato en van Stillinger onderzoeken het gedrag van deeltjes aangezien zij aantrekken en elkaar over variërende afstanden afweren. Door dit gedrag te analyseren, konden de wetenschappers een nauwkeurige wiskundige correspondentie opvatten -- oproepen dualiteitsrelaties -- tussen mogelijke regelingen van deeltjes. Het werk zal de onderzoekers toelaten om belangrijke gevolgtrekkingen over te maken hoe de deeltjes bij zeer lage temperaturen over grote afstanden, een situatie op elkaar inwerken die zeer moeilijk is theoretisch te behandelen.

„Zodra de grondstaten kunnen met zekerheid worden bepaald en worden gecontroleerd, zouden de wetenschappers materialen met eigenschappen vrijwel kunnen creëren onbekend in aard,“ bovengenoemde Torquato.

Het Ministerie van Energie financierde het onderzoek van het team, dat in de 16 uitgave van Januari van de Brieven van het dagboek Fysieke Overzicht verschijnt. Torquato, die ook met het Instituut Princeton voor de Wetenschap en de Technologie van Materialen worden aangesloten, en het Centrum Princeton voor Theoretische Fysica, zijn beschikbaar voor commentaar bij torquato@princeton.edu of (609) 258-3341.