Une nouvelle théorie élargit l’exploration des transitions de phase

Dans un article récemment publié dans Lettres d'examen physique, les chercheurs du Los Alamos National Laboratory proposent une nouvelle théorie qui prédit la densité des défauts à travers diverses transitions de phase. La recherche ouvre de nouvelles voies pour l’exploration de la formation de défauts dans des domaines tels que la science des matériaux, la physique des hautes énergies et la cosmologie.

“Les transitions de phase font partie de la vie quotidienne ainsi que des phénomènes fondamentaux de la physique des hautes énergies, inévitables dans l'univers primitif”, a déclaré Fumika Suzuki, scientifique de Los Alamos et auteur principal de l'article. “Notre étude démontre que, lorsqu'il est intégré à la théorie de la nucléation, le mécanisme Kibble-Zurek proposé pour les transitions de phase du second ordre ou continues peut être étendu pour prédire la formation de défauts dans une gamme plus large de transitions de phase.”

Transitions de phase du premier et du deuxième ordre

Dans les transitions de phase de premier ordre, certaines parties d’un système peuvent entrer dans la nouvelle phase avant d’autres – pensez à l’eau bouillante, avec des bulles de vapeur se formant à mesure que l’eau bout. Dans les transitions de second ordre, tout un système effectue une transition en même temps. Les systèmes tels que les supraconducteurs et les superfluides chargés peuvent connaître des transitions de phase de second ordre qui, sous l'influence de paramètres externes (tels que la température ou le champ), peuvent développer des caractéristiques de premier ordre.

Le mécanisme Kibble-Zurek, du nom du physicien de Los Alamos et co-auteur de l'article Wojciech Zurek, prédit la densité des défauts topologiques formés en raison des transitions de phase, s'appliquant à l'origine uniquement aux transitions de phase du second ordre.

Mais en intégrant le mécanisme de Kibble-Zurek à la théorie de la nucléation, qui décrit la dynamique de rupture de symétrie dans les transitions de phase du premier ordre, Suzuki et Zurek pourraient étendre le mécanisme de Kibble-Zurek pour prédire la densité des défauts formés dans les transitions de phase « accordables » qui combiner les caractéristiques des transitions de phase du premier et du deuxième ordre.

La théorie de l'équipe pourrait être testée, par exemple, dans la transition de phase de Fredericks dans les cristaux liquides, qui peut être réglée en continu entre le premier et le deuxième ordre.