Den gemensamma kopplingen mellan TV-apparater med flytande kristaller och universums födelse, när man tittar på helheten, är att de båda kännetecknas av det spännande fenomen där materia plötsligt ändrar tillstånd.

Forskare vill bättre förstå och kontrollera partiklarnas beteende i det exakta ögonblicket då dessa så kallade fasövergångar - en förändring av energi i ett system, ungefär som en process där vatten avdunstar eller förvandlas till is - inträffar.

En studie publicerad 18 december in Naturfysik av University of Chicago forskare observerade hur partiklar beter sig när förändringen sker i minsta detalj. Förutom att kasta ljus över de grundläggande reglerna som styr universum, Att förstå sådana övergångar kan hjälpa till att utforma mer användbar teknik.

En av frågorna var om när partiklar förbereder sig för övergång mellan kvanttillstånd, de kan fungera som en sammanhängande grupp som "känner" de andras tillstånd, eller om olika partiklar bara verkar oberoende av varandra, eller osammanhängande.

Cheng Chin, professor vid institutionen för fysik, och hans team tittade på en experimentell uppsättning av tiotusentals atomer kylda till nära absolut noll. När systemet korsade en kvantfasövergång, de mätte dess beteende med ett extremt känsligt bildsystem.

Den konventionella visdomen var att atomerna skulle utvecklas osammanhängande efter övergången - ett kännetecken för äldre "klassiska" snarare än kvantmodeller av fysik. "I kontrast, vi hittade starka bevis för koherent dynamik, sa doktoranden Lei Feng, den första författaren i studien. "På ett ögonblick blir de klassiska partiklar; de beter sig alltid som vågor som utvecklas synkront med varandra, vilket borde ge teoretiker en ny ingrediens att inkludera i hur de modellerar sådana system som inte är i jämvikt."

Den här frågan handlar om de grundläggande reglerna som styr hur materia interagerar i vårt universum – men som alltid, den har också praktiska överväganden. Till exempel, ingenjörer som försöker bygga kvantdatorer är mycket intresserade av att behålla koherensen hos en grupp av interagerande kvantbitar, eftersom de behöver hålla sitt system sammanhängande för att kunna bygga snabbare datorer. Kosmologer är intresserade av fysiken i sådana övergångar eftersom de beskriver universums tidigaste ögonblick när det snabbt expanderade och förändrades.

"Vår observation skickar oss bortom den konventionella bilden av sådana övergångar som forskare tog för givna, " sa Chin.