korai kísérletekszerkesztés
1904-ben Heike Kamerlingh Onnes holland tudós létrehozott egy speciális laboratóriumot Leidenben, amelynek célja folyékony hélium előállítása. 1908-ban sikerült csökkentenie a hőmérsékletet -269 °C-ra (-452,2 F, 4 K), ami kevesebb, mint négy fok az abszolút nulla felett. Csak ebben a kivételesen hideg állapotban a hélium cseppfolyósodik, a hélium forráspontja -268,94 °C (-452,092 F). Kamerlingh Onnes Nobel-díjat kapott a teljesítményéért.,
Onnes módszere a vizsgált gázok nyomáscsökkentésére támaszkodott, ami adiabatikus hűtéssel lehűlést okozott. Ez a termodinamika első törvényéből következik;
Δ U = Δ Q-Δ W {\displaystyle \ Delta U= \ Delta Q- \ Delta W}
ahol U = belső energia, Q = a rendszerhez hozzáadott hő, W = a rendszer által végzett munka.
fontolja meg a gázt egy beállított térfogatú dobozban. Ha a dobozban lévő nyomás magasabb, mint a légköri nyomás, akkor a doboz kinyitásakor gázunk a környező légkörön dolgozik, hogy kibővüljön., Amint ez a terjeszkedés adiabatikus a gáz végzett munka,
Δ Q = 0 {\displaystyle \Delta Q=0}
Δ W > 0 {\displaystyle \Delta W>0}
⇒ Δ U < 0 {\displaystyle \működik a legjobban, \Delta U<0}
Most, mint a belső energia csökkent, így a hőmérséklet.
Modern kísérletekszerkesztés
2000 novemberétől a Helsinki Műszaki Egyetem alacsony hőmérsékletű laboratóriumában 100 pK alatti nukleáris Centrifugálási hőmérsékletet jelentettek., Ez azonban egy bizonyos típusú mozgás hőmérséklete volt—a nukleáris spin nevű kvantum tulajdonság-nem az összes lehetséges szabadságfok általános átlagos termodinamikai hőmérséklete. Ilyen alacsony hőmérsékleten a “hőmérséklet” fogalma sokrétűvé válik, mivel a molekuláris mozgást nem lehet feltételezni, hogy a szabadság fokai között átlagoljon. A megfelelő csúcskibocsátás a rádióhullámokban lesz, nem pedig az ismerős infravörösben, ezért a szomszédos atomok nagyon nem hatékonyan szívják fel, ami megnehezíti a termikus egyensúly elérését.,
az alacsony hőmérsékletű laboratórium 1999-ben rekord alacsony, 100 pK vagy 1, 0 × 10-10 K hőmérsékletet rögzített.
az alacsony hőmérséklet elérésére szolgáló jelenlegi készüléknek két szakasza van. Az első héliumhígító hűtőszekrényt használ a millikelvinek hőmérsékletéhez, majd a következő lépés az adiabatikus nukleáris demagnetizációt használja a pikokelvinek eléréséhez.
rendkívül alacsony hőmérsékletek hasznosak az anyag kvantummechanikai fázisainak, például a szuperfluidoknak és a Bose–Einstein kondenzátumoknak a megfigyeléséhez, amelyeket a termikus mozgás megzavarna.