Un fluido si dice essere in uno stato supercritico (e si dice fluido supercritico) quando si trova in condizioni di temperatura superiore alla temperatura critica e pressione superiore alla pressione critica. In queste condizioni le proprietà del fluido sono in parte analoghe a quelle di un liquido (ad esempio la densità) e in parte simili e quelle di un gas (ad esempio la viscosità); non esiste tensione superficiale in un fluido supercritico, data l'inesistenza di legami liquido/gas.
Nel 1822 il Barone Charles Cagniard de la Tour scoprì il punto critico di una sostanza nei suoi esperimenti con i cannoni. Ascoltando le discontinuità nel rumore di una sfera di selce in un cannone sigillato contenente fluidi a varie temperature, osservò la temperatura critica. Sopra questa temperatura le densità delle fasi liquida e gassosa diventano uguali e le fasi stesse divengono indistinguibili, da ciò è una singola fase fluida supercritica. Le fasi di un elemento o composto possono essere studiate su appositi diagrammi di fase.
I fluidi nello stato supercritico trovano applicazione come solventi industriali, in sostituzione di quelli organici. In particolare l'anidride carbonica supercritica è largamente utilizzata e si vorrebbe utilizzare come sostituto del vapore nelle turbine per la produzione di energia, ottenendo un aumento dell'efficienza superiore al 40 % e dimensioni delle turbine 30 volte più piccole.
La superfluidità è uno stato della materia caratterizzato dalla completa assenza di viscosità, dall'assenza di entropia e dall'avere conducibilità termica infinita. I superfluidi, se messi in un percorso chiuso, possono scorrere infinitamente senza attrito.
La transizione a superfluido avviene nei liquidi quantistici di sotto a una certa temperatura critica. Un esempio di superfluido è l'Elio4, He4, ossia l'isotopo dell'elio più comune sulla Terra. L'elio4 ha una transizione da liquido normale (chiamato elio4 I) a liquido superfluido (chiamato elio4 II) a temperature tra T = 2,17 K a pressione p = 0 mbar e T = 1.76 K a pressione p~30 mbar. Dal 1995, oltre l'elio liquido, troviamo molti atomi alcalini che hanno una transizione superfluida a temperature dell'ordine della decina di nanoKelvin.
La superfluidità è stata scoperta da Pëtr Leonidovic Kapica (in foto), John F. Allen, e Don Misener nel 1937. Lo studio dei superfluidi è chiamato idrodinamica quantistica.
Un supersolido è un materiale con atomi ordinati (un solido o un cristallo) con le proprietà di un superfluido, cioè può far scorrere i propri atomi tra di loro senza attrito. Gli atomi hanno raggiunto lo stato quantico di minima energia e gli atomi riescono a scorrere tra di loro con viscosità nulla.
2004 Eun-Seong Kim (foto) insieme a Moses ChanKim scoprono l'elio supersolido. Nel 2008, Eun-Seong Kim si è aggiudica l’Osheroff Lee Richardson North American Science Prize, dall’Oxford Instruments per i suoi contributi alla comprensione dell’elio solido.
Fu utilizzato un oscillatore a torsione nell'esperimento. Per esempio l'elio4 a 230 mK ha una transizione a supersolido. L'elio a quelle temperature alla pressione ambientale ha lo stato di un liquido quindi per spingere l'elio allo stato solido è necessario innalzare la pressione fino a 25 atmosfere.
Il condensato di Bose-Einstein (in sigla BEC) è uno stato della materia che si ottiene quando si porta un insieme di bosoni (mediatori di forza) a temperature molto vicine allo zero assoluto.
Nel 1924 il fisico indiano Satyendra Nath Bose inviò ad Albert Einstein un articolo in cui, trattando i fotoni come un gas di particelle identiche, era riuscito a derivare la legge di Planck per la radiazione di corpo nero.
E' stato ottenuto la prima volta nel 1995 da un gas di rubidio molto rarefatto alla temperatura di 1,7 x 10-7 K sottoposto a un campo magnetico. Nel mese di novembre del 2010 il primo fotone del condensato di Bose-Einstein è stato osservato.
Un condensato fermionico è simile al condensato di Bose-Einstein, soltanto che qui è fatto da fermioni.
Il primo esperimento atomico, condensato fermionico è stato creato da Deborah S. Jin nel 2003. Nella cromodinamica quantistica (QCD) il condensato chirale è anche detto condensato di quark. Questa proprietà del vuoto QCD è in parte responsabile nel dare massa agli adroni. Si ottiene per raffreddamento di un fluido a temperatura di 5 x 10-8 K sottoposto a un campo magnetico.