Faasimuutosten

Faasimuutos tarkoittaa tilan tai ominaisuuksien luonteenmuutosta järjestelmässä, kun olosuhteet kuten lämpötila, paine tai ulkoinen kenttä ylittävät kynnysarvonsa. Faasimuutoksia esiintyy sekä aineissa että järjestelmissä, ja ne voivat ilmetä kiinteän tilan, nesteen ja höyryn välisinä siirtyminä sekä magnettisissa ja kvanttisissa järjestelmissä. Ilmiötä tutkitaan laajasti termodynamiikassa, tilastollisessa mekaniikassa ja kvanttifysiikassa.

Faasimuutos jaetaan yleensä kahteen päätyyppiin: ensimmäisen kertaluvun ja toisen kertaluvun (jatkuva) faasimuutos. Ensimmäisen kertaluvun faasimuutoksessa muutos on epäjatkova ja siihen liittyy latentti lämpö sekä usein suuria energiamuutoksia. Toisen kertaluvun faasimuutoksessa latenttia lämpöä ei ole; order-parametri muuttuu asteittain, ja korrelaatiofunktiot sekä pituus- ja aikaskaalat kasvavat kriittisesti. Näille ilmiöille esiintyy universaaliluokkia, jotka riippuvat vain järjestelmän symmetriasta ja dimensiosta.

Esimerkkejä ovat vesijää- ja höyrystymisrajat sekä ferromagneettinen faasimuutos (Curie-piste). Superjohtavuus sekä monet kvanttifaasimuutokset ovat tyypillisiä toisen kertaluvun muutoksia. Kvanttifaasimuutokset tapahtuvat matalissa lämpötiloissa ja ovat herkkiä kontrolloitavissa paineella tai magneettikentällä. Kosmologiassa faasimuutokset ovat myös tutkittuja ilmiöitä varhaisessa universumissa, kuten electroweak- ja QCD-faasiset siirtymät.

Fysikaalinen tutkimus faasimuutoksissa painottuu kriittisiin ilmiöihin, universaalisuuteen ja skaalautuvuuteen sekä teorioihin kuten Landau'n teoria ja renormalisaatio. Ne ovat keskeisiä sekä perustutkimuksessa että materiaali- ja teknologiateollisuudessa.