wczesne eksperymentyedit
w 1904 roku Holenderski Naukowiec Heike Kamerlingh Onnes stworzył specjalne laboratorium w Lejdzie w celu produkcji ciekłego helu. W 1908 roku udało mu się obniżyć temperaturę do poniżej -269 °C (-452,2 F, 4 K), czyli poniżej czterech stopni powyżej zera bezwzględnego. Tylko w tym wyjątkowo zimnym stanie Hel skropli się, temperatura wrzenia helu wynosi -268,94 °c (-452,092 F). Kamerlingh Onnes otrzymał za swoje osiągnięcia Nagrodę Nobla.,
metoda Onnesa polegała na rozprężaniu gazów testera, powodując ich ochłodzenie przez chłodzenie adiabatyczne. Wynika to z pierwszego prawa termodynamiki;
Δ U = Δ Q − Δ w {\displaystyle \Delta u=\Delta Q-\Delta w}
gdzie U = energia wewnętrzna, Q = ciepło dodawane do układu, W = praca wykonywana przez układ.
rozważmy gaz w pudełku o zadanej objętości. Jeśli ciśnienie w skrzynce jest wyższe niż ciśnienie atmosferyczne, to po otwarciu skrzynki nasz gaz zadziała na otaczającą atmosferę, aby się rozszerzyć., Ponieważ rozszerzenie to jest adiabatyczne i gaz wykonał pracę
Δ Q = 0 {\displaystyle \Delta Q=0}
Δ w > 0 {\displaystyle \Delta w>0}
Δ Δ u < 0 {\displaystyle \rightarrow \Delta u<0}
teraz, gdy energia wewnętrzna zmniejszyła się, tak samo temperatura.
Współczesne eksperymentyedit
w listopadzie 2000 roku w laboratorium niskotemperaturowym Politechniki Helsińskiej odnotowano temperaturę wirowania jądrowego poniżej 100 pK., Była to jednak temperatura jednego określonego rodzaju ruchu-własności kwantowej zwanej spinem jądrowym-a nie ogólna średnia temperatura termodynamiczna dla wszystkich możliwych stopni swobody. W tak niskich temperaturach pojęcie „temperatury” staje się wieloaspektowe, ponieważ nie można założyć, że ruch cząsteczkowy osiąga średnią w stopniach swobody. Odpowiednia emisja szczytowa będzie w falach radiowych, a nie w znanej podczerwieni, więc jest bardzo nieefektywnie absorbowana przez sąsiednie Atomy, co utrudnia osiągnięcie równowagi termicznej.,
Laboratorium niskotemperaturowe zanotowało rekordowo niską temperaturę 100 pK, czyli 1,0 × 10-10 K w 1999 roku.
obecny aparat do osiągania niskich temperatur ma dwa etapy. Pierwszy wykorzystuje chłodziarkę do rozcieńczania helu, aby dostać się do temperatury millikelwinów, następnie następny etap wykorzystuje adiabatyczną demagnetyzację jądrową, aby osiągnąć pikokelwinów.
ekstremalnie niskie temperatury są przydatne do obserwacji kwantowych faz mechanicznych materii, takich jak nadpływy i kondensaty Bose–Einsteina, które mogłyby zostać zakłócone przez ruch termiczny.