Zooma in på en kristall så hittar du en ordnad uppsättning atomer, jämnt fördelade som fönstren på Empire State Building. Men zooma in på en glasbit, och bilden ser lite rörigare ut - mer som en slumpmässig hög med sand, eller kanske fönstren på en Frank Gehry -byggnad.

Kristallernas mycket ordnade karaktär gör dem ganska enkla att förstå matematiskt, och fysiker har utvecklat teorier som fångar upp alla slags kristallegenskaper, från hur de absorberar värme till vad som händer när de går sönder.

Men samma sak kan inte sägas om glasartat, amorfa eller på annat sätt "störda" material som glaset i våra fönster och vaser, fryst mat, och viss plast. Det finns inga allmänt överenskomna teorier för att förklara deras fysiska beteende.

I nästan 30 år har fysiker har diskuterat om en mystisk fasövergång, närvarande i teoretiska modeller av störda material, kan också existera i verkliga glasögon. Med hjälp av matematisk trollkarl som lånats från partikelfysik - plus dussintals sidor med algebraiska beräkningar, allt gjort för hand - Duke University postdoktor Sho Yaida har lagt detta mysterium i vila.

Yaidas insikter öppnar möjligheten att vissa typer av glas kan existera i ett nytt tillstånd vid låga temperaturer, påverka hur de reagerar på värme, ljud och stress, och hur och när de går sönder.

"Vi hittade tips om övergången som vi inte vågade säga var ett bevis på övergången eftersom en del av samhället sa att den inte kunde existera, "sa Patrick Charbonneau, docent i kemi vid Duke och Yaidas rådgivare. "Det Sho visar är att det kan finnas."

Otäckt som det kan tyckas, Charbonneau sa, matematiken bakom glasögon och andra störda system är faktiskt mycket lättare att lösa genom att anta att dessa material finns i ett hypotetiskt oändligt-dimensionellt universum. I oändliga dimensioner, deras egenskaper kan beräknas relativt enkelt-ungefär som hur kristallernas egenskaper kan beräknas för vårt tredimensionella universum.

"Frågan är om denna modell har någon relevans för den verkliga världen." Sa Charbonneau. För forskare som utförde dessa beräkningar, "satsningen var det, när du ändrar dimension, saker förändras så långsamt att du kan se hur de förändras när du går från ett oändligt antal dimensioner till tre, " han sa.

En egenskap hos dessa oändliga dimensionella beräkningar är förekomsten av en fasövergång - kallad "Gardner -övergången" efter den banbrytande fysikern Elizabeth Gardner - som, om det finns i glasögon, kan avsevärt ändra sina egenskaper vid låga temperaturer.

Men gjorde denna fasövergång, tydligt närvarande i oändliga dimensioner, finns det också i tre? På 1980 -talet, ett team av fysiker tog fram matematiska beräkningar som visade att nej, det kunde inte. I tre decennier har den rådande synpunkten kvarstod att denna övergång, medan teoretiskt intressant, var irrelevant för den verkliga världen.

Det är, tills de senaste experimenten och simuleringarna av Charbonneau och andra började visa antydningar om det i tredimensionella glasögon.

"Den nya drivkraften för att titta på detta är att, när man angriper problemet med glasbildning, de hittade en övergång mycket som den som dök upp i dessa studier, "Sade Charbonneau." Och i detta sammanhang kan det ha betydande materialapplikationer. "

Yaida, som har en bakgrund inom partikelfysik, tog en andra titt på de gamla matematiska bevisen. Dessa beräkningar hade inte lyckats hitta en "fast punkt" i tre dimensioner, en förutsättning för förekomsten av en fasövergång. Men om han tog beräkningen ett steg till, han trodde, svaret kan komma att ändras.

En månad och 30 sidor med beräkningar senare, han hade det.

"Sådana ögonblick är anledningen till att jag gör vetenskap, "Sa Yaida." Det är bara en poäng, men det betyder mycket för människor inom detta område. Det visar att denna exotiska sak som människor hittade på sjuttio- och åttiotalet har en fysisk relevans för denna tredimensionella värld. "

Efter ett år med kontroller och omkontroller, plus ytterligare 60-sidor med stödberäkningar, resultaten publicerades 26 maj i Fysiska granskningsbrev .

"Det faktum att denna övergång faktiskt kan existera i tre dimensioner betyder att vi kan börja leta efter det på allvar, "Sa Charbonneau." Det påverkar hur ljud sprids, hur mycket värme kan absorberas, transport av information genom den. Och om du börjar klippa glaset, hur det kommer att ge, hur det kommer att gå sönder. "

"Det förändrar starkt hur vi förstår amorfa material i allmänhet, oavsett om det är amorf plast eller högar av sand eller fönsterglas, " han sa.