Frühe Experimentierenedit
1904 schuf die niederländische Wissenschaftlerin Heike Kamerlingh Onnes in Leiden ein spezielles Labor mit dem Ziel, flüssiges Helium herzustellen. 1908 gelang es ihm, die Temperatur auf weniger als -269 °C (-452,2 F, 4 K) zu senken, was weniger als vier Grad über dem absoluten Nullpunkt liegt. Nur in diesem außergewöhnlich kalten Zustand verflüssigt sich Helium, wobei der Siedepunkt von Helium bei -268,94 °C liegt. Kamerlingh Onnes erhielt einen Nobelpreis für seine Leistung.,
Onnes ‚ Methode beruhte auf der Druckentlastung der Subjektgase, wodurch sie durch adiabatische Kühlung abkühlt. Dies folgt aus dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik;
Δ U = Δ Q-Δ W {\displaystyle \Delta U=\Delta Q – \Delta W}
wobei U = innere Energie, Q = dem System hinzugefügte Wärme, W = vom System geleistete Arbeit.
Betrachten Sie ein Gas in einer Box mit eingestelltem Volumen. Wenn der Druck in der Box höher ist als der Atmosphärendruck, dann wird unser Gas beim Öffnen der Box an der umgebenden Atmosphäre arbeiten, um sich auszudehnen., Als diese expansion Adiabatische und dem gas gemacht hat zu arbeiten
Δ Q = 0 {\displaystyle \Delta Q=0}
Δ W > 0 {\displaystyle \Delta W>0}
⇒ Δ U < 0 {\displaystyle \Rightarrow \Delta U<0}
Jetzt als innere Energie verringert hat, so hat die Temperatur.
Moderne Experimentierenedit
Ab November 2000 wurden Kernspintemperaturen unter 100 pK für ein Experiment am Helsinki University of Technology Low Temperature Lab gemeldet., Dies war jedoch die Temperatur einer bestimmten Art von Bewegung—eine Quanteneigenschaft, die als Kernspin bezeichnet wird—und nicht die durchschnittliche thermodynamische Gesamttemperatur für alle möglichen Freiheitsgrade. Bei solch niedrigen Temperaturen wird das Konzept der „Temperatur“ vielfältig, da nicht angenommen werden kann, dass die molekulare Bewegung über Freiheitsgrade hinweg durchschnittlich ist. Die entsprechende Spitzenemission wird eher in Radiowellen als im vertrauten Infrarot erfolgen, so dass sie von benachbarten Atomen sehr ineffizient absorbiert wird, was es schwierig macht, ein thermisches Gleichgewicht zu erreichen.,
Das Tieftemperaturlabor verzeichnete 1999 eine Rekordtieftemperatur von 100 pK oder 1,0 × 10-10 K.
Die aktuelle Vorrichtung zum Erreichen niedriger Temperaturen hat zwei Stufen. Die erste Stufe verwendet einen Helium-Verdünnungskühlschrank, um Temperaturen von Millikelvin zu erreichen, und die nächste Stufe verwendet adiabatische nukleare Entmagnetisierung, um Picokelvin zu erreichen.
Extrem niedrige Temperaturen sind nützlich für die Beobachtung quantenmechanischer Phasen von Materie wie Superfluiden und Bose–Einstein-Kondensaten, die durch thermische Bewegung gestört würden.