Es frecuente utilizar el término “transición de fase” para referirse al cambio en los parámetros como volumen, temperatura y presión, de una sustancia al pasar de un estado a otro.
Los ejemplos típicos son las transiciones entre los estados sólido, líquido, gas y plasma. Así la transición de sólido a líquido se le denomina fusión; de sólido a gas, sublimación; de líquido a gas, vaporización; de gas a plasma, ionización. Mientras que los procesos inversos son: de plasma a gas, recombinación; de gas a líquido, condensación; de líquido a sólido, solidificación, y finalmente; de gas a sólido, deposición. A modo de ejemplo, un líquido puede convertirse en gas al calentarse hasta el punto de ebullición y el resultado es un cambio abrupto en el volumen. Las transiciones de fase son comunes en la naturaleza y se usan en la práctica en muchas tecnologías.
Hay varios tipos de transiciones de fase, por ejemplo las transiciones de fase de primer orden, como las anteriormente explicadas, son aquellas que involucran un calor latente. En estas transiciones, un sistema absorbe o libera una cantidad fija de energía por volumen.
Durante el proceso, la temperatura del sistema se mantendrá constante a medida que se agregue o retire calor y decimos que el sistema se encuentra en un “régimen de fase mixta” en el que algunas partes del sistema han completado la transición y otras no. El ejemplo más común de esto es la fusión del hielo o la ebullición del agua, sabemos que en este último caso el agua no se convierte instantáneamente en vapor, sino que forma una mezcla turbulenta de agua líquida y burbujas de vapor.
Otras transiciones de fase, llamadas de segundo orden, son la transición ferromagnética, la transición superconductora y la transición superfluida. El científico ruso Lev Landau dio una primera teoría fenomenológica de las transiciones de fase de segundo orden.
Finalmente existen también las transiciones de fase cuánticas como las del llamado “modelo de Ising” estudiado inicialmente hace medio siglo. A diferencia de las transiciones de fase termodinámicas de primer orden, el parámetro crítico que domina en la transición de fase cuántica no es algún parámetro como la temperatura, sino una constante de acoplamiento adimensional entre los sitios de la retícula cuántica estudiada por ejemplo, se puede utilizar como parámetro la diferencia de energía entre niveles cuánticos.
Un grupo de investigadores de la Universidad de Helsinki ha propuesto que una transición de fase al inicio del universo pudo generar ondas gravitacionales potencialmente detectables en futuras misiones espaciales (ver: F. R. Ares, et al., Gravitational Waves at Strong Coupling from an Effective Action. Physical Review Letters, 2022; 128 (13)).
Inicialmente el universo estaba compuesto por un plasma caliente cuya temperatura decreció conforme el universo de expandía, esto debió de haber conducido a la nucleación de burbujas y a sus colisiones, las cuales debieron general poderosas perturbaciones en el espacio-tiempo del universo en un instante muy cerca del Big Bang inicial. Utilizando la “Antena Laser Interferométrica Espacial” LISA (por sus siglas en inglés) que será enviada al espacio en el 2037 se espera detectar estas finas perturbaciones del espacio-tiempo.