В цепочке из холодных спинов, вытянутой вдоль одной линии, порядок и беспорядок могут сплестись в узор, который не описать привычными правилами. Два состояния вещества, два «порядка», разделяет перекрёсток, где дороги не сходятся, а расходятся. Именно такой перекрёсток построили авторы новой работы — и показали, что по нему можно пройти без скачка, непрерывно превращая одну экзотическую фазу в другую.

Речь идёт о необратимых симметриях. Обычная симметрия — это операция, которую можно обратить: повернул квадрат на 90 градусов, повернул обратно — вернулся. Необратимая симметрия подобна умножению на ноль: она переставляет состояния, но обратной операции не существует. Такие симметрии недавно обнаружили в простых моделях, и они накладывают жёсткие ограничения на возможные фазы. В одномерных спиновых цепочках они допускают состояния, где порядок и беспорядок сосуществуют — как два голоса, звучащие одновременно.

Чтобы увидеть переход между двумя фазами с разными необратимыми симметриями, авторы взяли две одинаковые цепочки спинов и связали их слабым взаимодействием. Оказалось, что при точной настройке одной величины — параметра связи — можно пройти из фазы, где господствует одна необратимая симметрия, в фазу с другой, не встречая запрещённой зоны. В критической точке возникает новая, эмерджентная симметрия — «косинусная», — которая меняет местами параметры порядка обеих фаз. Это гарантирует, что обе фазы выглядят одинаково с точки зрения масштабных свойств.

Такой переход напоминает деконфайнментные квантовые критические точки — особые точки, где две разные упорядоченные фазы соприкасаются без щели. Раньше их строили как исключения, подбирая модели. Здесь же предложен аналитический механизм: необратимые симметрии одной системы, будучи «откалиброваны» (преобразованы в обычные), порождают аномалии, которые и создают деконфайнментный переход. Это не просто находка для одной модели — это инструмент для классификации экзотических квантовых переходов.

До сих пор было неясно, могут ли существовать прямые непрерывные переходы между фазами, нарушающими разные необратимые симметрии, и как их описывать аналитически. Теперь ясно: могут. Построена явная модель из двух связанных спиновых цепочек, где такой переход существует и описывается бозонизацией — методом, заменяющим спины коллективными колебаниями. Показана устойчивость перехода к калибровке, что позволяет генерировать целые семейства новых критических точек. Этот приём можно использовать для поиска и классификации новых квантовых критических точек в одномерных системах и для интерпретации численных экспериментов.

Перекрёсток, где дороги расходятся, оказался не тупиком, а развилкой. Встав на неё, физик получает карту для путешествий по стране квантовых фаз, не отмеченной в стандартных атласах. Возможно, именно здесь скрываются ключи к новым состояниям вещества и квантовым технологиям будущего.