Dans une chaîne de spins froids étirée le long d'une ligne, l'ordre et le désordre peuvent s'entrelacer en un motif que les règles habituelles ne décrivent pas. Deux états de la matière, deux « ordres », sont séparés par un carrefour où les routes ne se rejoignent pas, mais divergent. C'est précisément un tel carrefour que les auteurs de ce nouveau travail ont construit, et ils ont montré qu'on peut le traverser sans saut, en transformant continûment une phase exotique en une autre.

Il s'agit de symétries irréversibles. Une symétrie ordinaire est une opération que l'on peut inverser : on tourne un carré de 90 degrés, on le tourne en sens inverse, et on revient. Une symétrie irréversible ressemble à une multiplication par zéro : elle permute les états, mais l'opération inverse n'existe pas. De telles symétries ont été récemment découvertes dans des modèles simples, et elles imposent des contraintes strictes sur les phases possibles. Dans les chaînes de spins unidimensionnelles, elles autorisent des états où l'ordre et le désordre coexistent, comme deux voix qui chantent en même temps.

Pour observer une transition entre deux phases avec des symétries irréversibles différentes, les auteurs ont pris deux chaînes de spins identiques et les ont couplées par une interaction faible. Il s'avère qu'en ajustant précisément une seule grandeur, le paramètre de couplage, on peut passer d'une phase où domine une symétrie irréversible à une phase avec une autre, sans rencontrer de bande interdite. Au point critique, une nouvelle symétrie émergente apparaît, une symétrie « cosinus », qui échange les paramètres d'ordre des deux phases. Cela garantit que les deux phases ont le même comportement à grande échelle.

Cette transition rappelle les points critiques quantiques de déconfinement, des points particuliers où deux phases ordonnées différentes se touchent sans gap. Auparavant, on les construisait comme des exceptions, en ajustant des modèles. Ici, un mécanisme analytique est proposé : les symétries irréversibles d'un système, une fois « jaugées » (transformées en symétries ordinaires), engendrent des anomalies qui créent la transition de déconfinement. Ce n'est pas simplement une découverte pour un modèle particulier, c'est un outil pour classer les transitions quantiques exotiques.

Jusqu'à présent, on ne savait pas si des transitions continues directes pouvaient exister entre des phases brisant différentes symétries irréversibles, ni comment les décrire analytiquement. Maintenant, c'est clair : oui, elles peuvent exister. Un modèle explicite de deux chaînes de spins couplées a été construit, où une telle transition existe et est décrite par bosonisation, une méthode qui remplace les spins par des oscillations collectives. La robustesse de la transition à la jauge est démontrée, ce qui permet de générer des familles entières de nouveaux points critiques. Cette approche peut être utilisée pour rechercher et classer de nouveaux points critiques quantiques dans les systèmes unidimensionnels et pour interpréter les expériences numériques.

Le carrefour où les routes divergent s'est révélé être non pas une impasse, mais un embranchement. En s'y engageant, le physicien obtient une carte pour voyager à travers le pays des phases quantiques, absent des atlas standard. C'est peut-être ici que se cachent les clés de nouveaux états de la matière et des technologies quantiques du futur.