Las transiciones de fase implican dos conceptos apreciados en todas las ramas de la física: energía y simetría.
Una transición de fase, por definición, implica una discontinuidad en la energía libre termodinámica de un sistema (o alguna derivada de la misma); La energía (incluido su equivalente en masa) es una cantidad clave conservada en física. Las transiciones de fase a menudo también implican una ruptura de simetría (si la temperatura está impulsando la transición de fase, la fase de temperatura más baja generalmente tiene simetrías más bajas , lo que significa que hay menos transformaciones que dejan el sistema invariable); La simetría es un concepto clave en física porque proporciona un marco para “simplificar” los problemas y (más fundamentalmente) porque las cantidades conservadas en física tienen simetrías asociadas y viceversa (ver: Teorema de Noether).
En la escuela, las transiciones de fase a menudo se presentan como hielo convirtiéndose en agua convirtiéndose en vapor de agua, final de la historia, pero el tema es mucho más rico. También implica que el hielo a presión atmosférica mundana se transforme en una de las otras 14 fases cristalinas de hielo con la combinación adecuada de presión y temperatura (ver: fases de hielo). Abarca un metal que se transforma en un superconductor a baja temperatura (o, en los tiempos modernos, un ‘metal extraño’ que se transforma en una ‘fase de pseudogap’ que se transforma en un superconductor), o un imán que pierde su magnetismo cuando se aplica presión pero la temperatura se mantiene constante. También es un plasma de quarks gluones que se transforma en hadrones y eventualmente materia ordinaria a medida que el universo primitivo se volvió más frío y menos denso.
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Además de aparecer en múltiples campos, las ideas obtenidas al comprender la transición de una fase a menudo se pueden aplicar directamente a una completamente diferente. En particular, las transiciones de fase continua pueden agruparse en clases de universalidad, en las que sistemas aparentemente diferentes pueden tener enfoques muy similares hacia una transición de fase si comparten ciertos criterios (dimensionalidad, rango de interacciones).