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valor absoluto (también llamado valoración , magnitud o norma , ^[1] aunque " norma " generalmente se refiere a un tipo específico de valor absoluto en un campo) es una función que mide el "tamaño" de los elementos en un Campo o dominio integral . Más precisamente, si D es un dominio integral, entonces un valor absoluto es cualquier mapeo | x  | de D a los números reales R que satisfacen:

	•	| x  | ≥ 0		(no negatividad)
	•	| x  | = 0 si y solo si x = 0		( Definitividad positiva )
	•	| xy  | = | x  || y  |		(multiplicatividad)
	•	| x + y  | ≤ | x  | + | y  |		( desigualdad triangular )

De estos axiomas se desprende que | 1 | = 1 y | −1 | = 1. Además, para cada entero positivo n ,

| n  | = | 1 + 1 + ... ( n veces) | = | −1 - 1 - ... ( n veces) | ≤  n .

El " valor absoluto " clásico es uno en el que, por ejemplo, | 2 | = 2. Pero muchas otras funciones cumplen con los requisitos establecidos anteriormente, por ejemplo, la raíz cuadrada del valor absoluto clásico (pero no el cuadrado del mismo).

Un valor absoluto induce una métrica (y por lo tanto una topología) por $${\ displaystyle d (f, g) = | fg |}

Ejemplos [ editar ]

• El valor absoluto estándar en los enteros.
• El valor absoluto estándar en los números complejos.
• El valor absoluto p-adic en los números racionales.
• Si R es el campo de funciones racionales sobre un campo F y $${\ displaystyle p (x)} es un elemento irreductible fijo de R, entonces lo siguiente define un valor absoluto en R: para $${\ displaystyle f (x)} en R define $${\ displaystyle | f |} ser $${\ displaystyle 2 ^ {- n}}, dónde $${\ displaystyle f (x) = p (x) ^ {n} {\ frac {g (x)} {h (x)}}} y $${\ displaystyle gcd (g (x), p (x)) = 1 = gcd (h (x), p (x))}

Tipos de valor absoluto [ editar ]

El valor absoluto trivial es el valor absoluto con | x  | = 0 cuando x = 0 y | x  | = 1 de lo contrario. ^[2] Cada dominio integral puede llevar al menos el valor absoluto trivial. El valor trivial es el único valor absoluto posible en un campo finito porque cualquier elemento distinto de cero puede elevarse a cierta potencia para obtener 1.

Si | x  +  y  | satisface la propiedad mas fuerte | x  +  y  | ≤ max (| x |, | y |), luego | x  | se llama un valor absoluto ultramétrico o no arquimediano , y de otro modo un valor absoluto arquimediano .

Lugares [ editar ]

Si | x  | ₁ y | x  | ₂ son dos valores absolutos en el mismo dominio integral D , entonces los dos valores absolutos son equivalentes si | x  | ₁ <1 font=""> si y solo si | x  | ₂ <1 .="" font=""> Si dos valores absolutos no triviales son equivalentes, entonces para algún exponente e , tenemos | x  | ₁ ^e = | x  | ₂. Elevar un valor absoluto a una potencia inferior a 1 da como resultado otro valor absoluto, pero aumentar a una potencia mayor que 1 no necesariamente da como resultado un valor absoluto. (Por ejemplo, al cuadrar el valor absoluto usual en los números reales se obtiene una función que no es un valor absoluto porque violaría la regla | x  +  y | ≤ | x | + | y |.) Valores absolutos hasta la equivalencia, o en otras palabras, una clase de equivalencia de valores absolutos, se llama un lugar .

El teorema de Ostrowski establece que los lugares no triviales de los números racionales Q son el valor absolutoordinario y el valor absoluto p -adic para cada p primo . ^[3] Para un p primo dado , cualquier número racional q se puede escribir como p ⁿ ( a / b ), donde a y b son números enteros no divisibles por p y n es un número entero. El valor absoluto p -adic de q es

$${\ displaystyle \ left | p ^ {n} {\ frac {a} {b}} \ right | _ {p} = p ^ {- n}.}

Dado que el valor absoluto ordinario y los valores absolutos p -adic son valores absolutos de acuerdo con la definición anterior, estos definen lugares.

Valoraciones [ editar ]

Artículo principal: Valoración (álgebra)

Si para algún valor absoluto ultramétrico y cualquier base b  > 1, definimos ν ( x ) = −log _b  | x | para x  ≠ 0 y ν (0) = ∞, donde ∞ se ordena que sea mayor que todos los números reales, luego obtenemos una función de D a R  ∪ {∞}, con las siguientes propiedades:

• ν ( x ) = ∞ ⇒ x = 0,
• ν ( xy ) = ν ( x ) + ν ( y ),
• ν ( x + y ) ≥ min (ν ( x ), ν ( y )).

Dicha función se conoce como una valoración en la terminología de Bourbaki , pero otros autores usan el término valoración para valor absoluto y luego dicen valoración exponencial en lugar de valoración .

Terminaciones [ editar ]

Dado un dominio integral D con un valor absoluto, podemos definir las secuencias de Cauchy de los elementos de D con respecto al valor absoluto al exigir que para cada r > 0 haya un entero positivo N tal que para todos los enteros m , n > N uno tiene | x _m - x _n  | < r . No es difícil demostrar que las secuencias de Cauchy bajo suma y multiplicación puntuales forman un anillo . También se pueden definir secuencias nulas como secuencias de elementos de D tales que | un _n | converge a cero. Las secuencias nulas son un ideal primordial en el anillo de secuencias de Cauchy, y el anillo cociente es, por lo tanto, un dominio integral. El dominio D está incrustado en este anillo de cociente, denominado finalización de D con respecto al valor absoluto | x  |.

Dado que los campos son dominios integrales, esto también es una construcción para completar un campo con respecto a un valor absoluto. Para mostrar que el resultado es un campo, y no solo un dominio integral, podemos mostrar que las secuencias nulas forman un ideal máximo , o construir el inverso directamente. Esto último se puede hacer fácilmente tomando, para todos los elementos no nulos del anillo del cociente, una secuencia que comienza desde un punto más allá del último elemento cero de la secuencia. Cualquier elemento distinto de cero del anillo de cociente diferirá en una secuencia nula de dicha secuencia, y al tomar una inversión puntual podemos encontrar un elemento inverso representativo.

Otro teorema de Alexander Ostrowski dice que cualquier campo completo con respecto a un valor absoluto de Arquímedes es isomorfo a los números reales o complejos y la valoración es equivalente a la habitual. ^[4] El teorema de Gelfand-Tornheim establece que cualquier campo con una valoración de Arquímedes es isomorfo a un subcampo de C , la valoración es equivalente al valor absoluto usual en C . ^[5]

Campos y dominios integrales [ editar ]

Si D es un dominio integral con valor absoluto | x  |, entonces podemos extender la definición del valor absoluto al campo de fracciones de D estableciendo

$${\ displaystyle | x / y | = | x | / | y |. \,}

Por otro lado, si F es un campo con valor absoluto ultramétrico | x  |, entonces el conjunto de elementos de F tal que | x  | ≤ 1 define un anillo de valoración , que es un subanillo D de F tal que para cada elemento no nulo x de F, al menos uno de x o x ^-1 pertenece a D . Dado que F es un campo, D no tiene divisores de cero y es un dominio integral. Tiene un ideal máximo único que consiste en todo x tal que | X | <1 es="" font="" lo="" nbsp="" por="" tanto="" un="" y="">anillo local .

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Este artículo trata sobre la temperatura mínima posible. Para otras aplicaciones, vea Cero absoluto (desambiguación) .

Cero kelvin (−273.15 ° C) se define como cero absoluto.

El cero absoluto es el límite más bajo de la escala de temperatura termodinámica , un estado en el que la entalpía y la entropía de un gas ideal enfriado alcanzan su valor mínimo, tomado como 0. Las partículas fundamentales de la naturaleza tienen un movimiento vibratorio mínimo, conservando solo la mecánica cuántica, cero -punto de energía inducida por movimiento de partículas. La temperatura teórica se determina extrapolando la ley del gas ideal ; por acuerdo internacional, el cero absoluto se toma como −273.15 ° en la escala Celsius ( Sistema Internacional de Unidades ), ^[1] [2] que es igual a −459.67 ° en la Fahrenheitescala ( unidades consuetudinarias de los Estados Unidos o unidades imperiales ). ^[3] Las escalas de temperatura correspondientes de Kelvin y Rankine establecen sus puntos cero en cero absoluto por definición.

Se piensa comúnmente como la temperatura más baja posible, pero no es el estado de entalpía más bajo posible, porque todas las sustancias reales comienzan a separarse del gas ideal cuando se enfrían a medida que se acercan al cambio de estado a líquido y luego a sólido; y la suma de la entalpía de vaporización (gas a líquido) y entalpía de fusión (líquido a sólido) excede el cambio del gas ideal en entalpía a cero absoluto. En la descripción de la mecánica cuántica , la materia (sólida) en cero absoluto se encuentra en su estado fundamental , el punto de la energía interna más baja .

Las leyes de la termodinámica indican que no se puede alcanzar el cero absoluto usando solo medios termodinámicos, porque la temperatura de la sustancia que se está enfriando se aproxima a la temperatura del agente de enfriamiento asintóticamente , ^[4] y un sistema en cero absoluto todavía posee energía mecánica cuántica de punto cero , la energía de su estado fundamental en el cero absoluto. La energía cinética del estado fundamental no se puede eliminar.

Los científicos y tecnólogos alcanzan rutinariamente temperaturas cercanas al cero absoluto, donde la materia exhibe efectos cuánticos como la superconductividad y la superfluidez .

Termodinámica cerca del cero absoluto [ editar ]

A temperaturas cercanas a 0 K (−273.15 ° C; −459.67 ° F), casi todo el movimiento molecular cesa y Δ S  = 0 para cualquier proceso adiabático , donde S es la entropía . En tal circunstancia, las sustancias puras pueden (idealmente) formar cristales perfectos como T → 0. La forma fuerte de Max Planck de la tercera ley de la termodinámica establece que la entropía de un cristal perfecto se desvanece en el cero absoluto en el que desaparece un cristal perfecto. El teorema de calor original de Nernst hace la afirmación más débil y menos controvertida de que el cambio de entropía para cualquier proceso isotérmico se aproxima a cero comoT → 0:

$${\ displaystyle \ lim _ {T \ to 0} \ Delta S = 0}

La implicación es que la entropía de un cristal perfecto se acerca a un valor constante.

El postulado de Nernst identifica la isoterma T = 0 como coincidente con la adiabat S = 0, aunque otras isotermas y adiabats son distintas. Como no se intersectan dos adiabáticas, ninguna otra adiabat puede intersecar la isoterma T = 0. Por consiguiente, ningún proceso adiabático iniciado a una temperatura distinta de cero puede llevar a una temperatura cero. (≈ Callen, pp. 189–190)

Un cristal perfecto es aquel en el que la estructura de la red interna se extiende ininterrumpidamente en todas las direcciones. El orden perfecto puede representarse por simetría de traslación a lo largo de tres ejes (no generalmente ortogonales ) . Cada elemento de celosía de la estructura se encuentra en su lugar adecuado, ya sea un solo átomo o un grupo molecular. Para las sustancias que existen en dos (o más) formas cristalinas estables, como el diamante y el grafito para el carbono , existe un tipo de degeneración química . La pregunta sigue siendo si ambos pueden tener entropía cero en T  = 0, aunque cada uno esté perfectamente ordenado.

Los cristales perfectos nunca ocurren en la práctica; Las imperfecciones, e incluso las inclusiones de material amorfo, pueden "congelarse" a bajas temperaturas, por lo que no se producen transiciones a estados más estables.

Usando el modelo Debye , el calor y la entropía específicos de un cristal puro son proporcionales a T  ³ , mientras que la entalpía y el potencial químico son proporcionales a T  ⁴ . (Guggenheim, pág. 111) Estas cantidades caen hacia sus  valores límite de T = 0 y se aproximan con cero pendientes. Al menos para los calores específicos, el valor límite en sí mismo es definitivamente cero, como lo demuestran los experimentos por debajo de 10 K. Incluso el modelo de Einstein menos detalladoMuestra esta curiosa caída en calores específicos. De hecho, todos los calores específicos desaparecen en el cero absoluto, no solo los de los cristales. Igualmente para el coeficiente de expansión térmica . Las relaciones de Maxwell muestran que también desaparecen otras cantidades. Estos fenómenos fueron imprevistos.

Dado que la relación entre los cambios en la energía libre de Gibbs ( G ), la entalpía ( H ) y la entropía es

$${\ displaystyle \ Delta G = \ Delta HT \ Delta S \,}

por lo tanto, a medida que T disminuye, Δ G y Δ H se acercan entre sí (siempre que Δ S esté acotada). Experimentalmente, se encuentra que todos los procesos espontáneos (incluidas las reacciones químicas ) producen una disminución de G a medida que avanzan hacia el equilibrio . Si Δ S y / o T son pequeños, la condición Δ G  <0 font="" implicar="" nbsp="" puede="" que="">H  <0 a="" font="" indicar="" lo="" nbsp="" que="" una="">reacción exotérmica . Sin embargo, esto no es requerido; Las reacciones endotérmicas pueden proceder espontáneamente si la T Δ S El término es lo suficientemente grande.

Además, las pendientes de los derivados de Δ G y Δ H convergen y son iguales a cero en T  = 0. Esto asegura que Δ G y Δ H son casi iguales en un rango considerable de temperaturas y justifica el principio empíricoaproximado de Thomsen y Berthelot, que establece que el estado de equilibrio al que procede un sistema es el que genera la mayor cantidad de calor , es decir, un proceso real es el más exotérmico . (Callen, pp. 186-187)

Un modelo que estima las propiedades de un gas de electrones en cero absoluto en metales es el gas Fermi . Los electrones, al ser Fermiones , deben estar en diferentes estados cuánticos, lo que hace que los electrones obtengan velocidades típicas muy altas , incluso en el cero absoluto. La energía máxima que pueden tener los electrones en el cero absoluto se denomina energía de Fermi . La temperatura de Fermi se define como esta energía máxima dividida por la constante de Boltzmann, y es del orden de 80,000 K para las densidades de electrones típicas encontradas en los metales. Para temperaturas significativamente inferiores a la temperatura de Fermi, los electrones se comportan casi de la misma manera que en el cero absoluto. Esto explica el fracaso de lo clásico.Teorema de equipartición para metales que eludió a los físicos clásicos a finales del siglo XIX.

Relación con el condensado de Bose-Einstein [ editar ]

Artículo principal: Condensado de Bose – Einstein.

Datos de distribución de la velocidad de un gas de átomos de rubidio a una temperatura dentro de unas mil millonésimas de grado por encima del cero absoluto. Izquierda: justo antes de la aparición de un condensado de Bose-Einstein. Centro: justo después de la aparición del condensado. A la derecha: después de una mayor evaporación, se deja una muestra de condensado casi puro.

Un condensado de Bose-Einstein (BEC) es un estado de materia de un gas diluido de bosones de interacción débil confinados en un potencialexterno y enfriados a temperaturas muy cercanas al cero absoluto. En tales condiciones, una gran fracción de los bosones ocupa el estado cuántico más bajo del potencial externo, en cuyo punto los efectos cuánticos se hacen evidentes en una escala macroscópica . ^[5]

Este estado de la materia fue predicho por primera vez por Satyendra Nath Bose y Albert Einstein en 1924–25. Bose envió por primera vez un artículo a Einstein sobre las estadísticas cuánticas de los cuantos de luz (ahora llamados fotones ). Einstein quedó impresionado, tradujo el documento del inglés al alemán y lo presentó para Bose al Zeitschrift für Physik , que lo publicó. Einstein luego extendió las ideas de Bose a las partículas materiales (o materia) en otros dos documentos. ^[6]

Setenta años después, en 1995, la primera gaseoso condensado fue producido por Eric Cornell y Carl Wieman en la Universidad de Colorado en Boulder NIST - JILA laboratorio, utilizando un gas de rubidio átomos enfrió a 170  nanokelvins (NK) ^[7] (1.7 × 10 ⁻⁷  K ). ^[8]

Una temperatura fría récord de 450 ± 80  picokelvins (pK) (4,5 × 10 ⁻¹⁰  K ) en un condensado de Bose-Einstein(BEC) de átomos de sodio se logró en 2003 por investigadores del MIT . ^[9] La longitud de onda del cuerpo negroasociado (emisión máxima) de 6,400 kilómetros es aproximadamente el radio de la Tierra.

Escalas de temperatura absoluta [ editar ]

La temperatura absoluta, o termodinámica , se mide convencionalmente en kelvins (incrementos de escala Celsius) y en la escala de Rankine ( incrementos escalados en Fahrenheit ) con una rareza creciente. La medición de la temperatura absoluta está determinada únicamente por una constante multiplicativa que especifica el tamaño del grado , por lo que las relaciones de dos temperaturas absolutas, T ₂ / T ₁ , son las mismas en todas las escalas. La definición más transparente de este estándar proviene de la distribución de Maxwell-Boltzmann . También se puede encontrar en las estadísticas de Fermi – Dirac.(para partículas de medio entero giro ) y la estadística de Bose-Einstein (para partículas de espín entero). Todos estos definen los números relativos de partículas en un sistema como funciones exponenciales decrecientes de energía (a nivel de partícula) sobre kT , donde k representa la constante de Boltzmann y T representa la temperatura observada a nivel macroscópico . ^[1]

Temperaturas negativas [ editar ]

Artículo principal: Temperatura negativa.

Las temperaturas que se expresan como números negativos en las escalas familiares de grados Celsius o Fahrenheit son simplemente más frías que los puntos cero de esas escalas. Ciertos sistemas pueden alcanzar temperaturas verdaderamente negativas; es decir, su temperatura termodinámica (expresada en kelvins) puede ser de una cantidad negativa . Un sistema con una temperatura verdaderamente negativa no es más frío que el cero absoluto. Más bien, un sistema con una temperatura negativa es más caliente que cualquier sistema con una temperatura positiva, en el sentido de que si un sistema de temperatura negativa y un sistema de temperatura positiva entran en contacto, el calor fluye desde el sistema de temperatura negativa a la temperatura positiva. ^[10]

La mayoría de los sistemas familiares no pueden alcanzar temperaturas negativas porque la adición de energía siempre aumenta su entropía . Sin embargo, algunos sistemas tienen una cantidad máxima de energía que pueden mantener y, a medida que se aproximan a esa energía máxima, su entropía en realidad comienza a disminuir. Debido a que la temperatura se define por la relación entre la energía y la entropía, la temperatura de un sistema de este tipo se vuelve negativa, incluso cuando se agrega energía. ^[10] Como resultado, el factor de Boltzmann para estados de sistemas a temperatura negativa aumenta en lugar de disminuir con energía de estado creciente. Por lo tanto, ningún sistema completo, es decir, la inclusión de los modos electromagnéticos, puede tener temperaturas negativas, ya que no hay un estado de mayor energía, ^{[ cita requerida ]}de modo que la suma de las probabilidades de los estados divergiría para temperaturas negativas. Sin embargo, para los sistemas de casi equilibrio (por ejemplo, giros fuera del equilibrio con el campo electromagnético) este argumento no se aplica, y se pueden lograr temperaturas negativas efectivas.

El 3 de enero de 2013, los físicos anunciaron que habían creado un gas cuántico formado por átomos de potasio con una temperatura negativa en grados de libertad de movimiento por primera vez. ^[11]

Historia [ editar ]

Robert Boyle fue pionero en la idea de un cero absoluto.

Uno de los primeros en discutir la posibilidad de una temperatura mínima absoluta fue Robert Boyle . Sus 1665 Nuevos experimentos y observaciones sobre Frío , articularon la disputa conocida como el primum frigidum . ^[12] El concepto era bien conocido entre los naturalistas de la época. Algunos sostuvieron que una temperatura mínima absoluta ocurrió dentro de la tierra (como uno de los cuatro elementos clásicos ), otros dentro del agua, otros aire, y algunos más recientemente dentro del nitro . Pero todos parecían estar de acuerdo en que "hay un cuerpo u otro que es de su propia naturaleza sumamente frío y por la participación de la cual todos los otros cuerpos obtienen esa calidad". ^[13]

Limitar al "grado de frío" [ editar ]

La cuestión de si existe un límite para el grado de frialdad posible y, si es así, dónde debe colocarse el cero, fue abordada por primera vez por el físico francés Guillaume Amontons en 1702, en relación con sus mejoras en el termómetro de aire . Su instrumento indicaba temperaturas según la altura a la que una cierta masa de aire sostenía una columna de mercurio: el volumen o "resorte" del aire que variaba con la temperatura. Por lo tanto, Amontons argumentó que el cero de su termómetro sería la temperatura a la cual el resorte del aire se redujo a nada. Se utilizó una escala que marcó el punto de ebullición del agua a 73 y el punto de fusión del hielo a + 51 ¹ / ₂ , de modo que el cero era equivalente a aproximadamente -240 en la escala Celsius. ^[14] Amontons sostuvo que el cero absoluto no se puede alcanzar, por lo que nunca se intentó calcularlo explícitamente. ^[15] El valor de −240 ° C, o "431 divisiones [en el termómetro de Fahrenheit] debajo del frío del agua helada" ^[16] fue publicado por George Martine en 1740.

Esta aproximación cercana al valor moderno de −273.15 ° C ^[1] para el cero del termómetro de aire fue mejorada aún más en 1779 por Johann Heinrich Lambert , quien observó que −270 ° C (−454.00 ° F; 3.15 K) Podría considerarse como frío absoluto. ^[17]

Sin embargo, los valores de este orden para el cero absoluto no fueron aceptados universalmente sobre este período. Pierre-Simon Laplace y Antoine Lavoisier , en su tratado de calor de 1780, llegaron a valores que oscilaban entre 1.500 y 3.000 por debajo del punto de congelación del agua, y pensaron que, en cualquier caso, debía estar al menos a 600 por debajo. John Dalton en su Filosofía química dio diez cálculos de este valor, y finalmente adoptó −3000 ° C como el cero natural de la temperatura.

La obra de Lord Kelvin [ editar ]

Después de que James Prescott Joule había determinado el equivalente mecánico del calor, Lord Kelvin abordó la cuestión desde un punto de vista completamente diferente, y en 1848 ideó una escala de temperatura absoluta que era independiente de las propiedades de cualquier sustancia particular y se basaba en la teoría de Carnot.de Motive Power of Heat y datos publicados por Henri Victor Regnault . ^[18] Se siguió de los principios sobre los que se construyó esta escala que su cero se colocó a -273 ° C, casi en el mismo punto que el cero del termómetro de aire. ^[14]Este valor no fue aceptado inmediatamente; Los valores que van desde −271,1 ° C (−455.98 ° F) a −274.5 ° C (−462.10 ° F), derivados de mediciones de laboratorio y observaciones de refracción astronómica , se mantuvieron en uso a principios del siglo XX. ^[19]

La carrera al cero absoluto [ editar ]

Ver también: Cronología de la tecnología de baja temperatura.

Placa conmemorativa en Leiden

Con una mejor comprensión teórica del cero absoluto, los científicos estaban ansiosos por alcanzar esta temperatura en el laboratorio. ^[20]Para 1845, Michael Faraday había logrado licuar la mayoría de los gases que se sabía que existían, y alcanzó un nuevo récord de temperaturas más bajas al alcanzar −130 ° C (−202 ° F; 143 K). Faraday creía que ciertos gases, como el oxígeno, el nitrógeno y el hidrógeno, eran gases permanentes y no podían licuarse. ^[21] Décadas más tarde, en 1873, el científico teórico holandés Johannes Diderik van der Waals demostró que estos gases podían licuarse, pero solo en condiciones de muy alta presión y muy bajas temperaturas. En 1877, Louis Paul Cailletet en Francia y Raoul Pictet.en Suiza logró producir las primeras gotitas de aire líquido −195 ° C (−319.0 ° F; 78.1 K). Esto fue seguido en 1883 por la producción de oxígeno líquido −218 ° C (−360.4 ° F; 55.1 K) por los profesores polacos Zygmunt Wróblewski y Karol Olszewski .

El químico y físico escocés James Dewar y el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes asumieron el reto de licuar los gases restantes, el hidrógeno y el helio. En 1898, después de 20 años de esfuerzo, Dewar fue el primero en licuar hidrógeno, alcanzando un nuevo récord de baja temperatura de -252 ° C (-421.6 ° F; 21.1 K). Sin embargo, Onnes, su rival, fue el primero en licuar el helio, en 1908, utilizando varias etapas de preenfriamiento y el ciclo de Hampson-Linde . Bajó la temperatura hasta el punto de ebullición del helio −269 ° C (−452.20 ° F; 4.15 K). Al reducir la presión del helio líquido, logró una temperatura aún más baja, cerca de 1.5 K. Estas fueron las temperaturas más frías alcanzadas en la Tierra en ese momento y su logro le valió el Premio Nobelen 1913. ^[22] Onnes continuaría estudiando las propiedades de los materiales a temperaturas cercanas al cero absoluto, describiendo la superconductividad y los superfluidos por primera vez.

Temperaturas muy bajas [ editar ]

La rápida expansión de los gases que salen de la Nebulosa Boomerang , una nebulosa proto-planetaria bipolar, filamentosa y probable en Centaurus, causa la temperatura más baja observada fuera de un laboratorio: 1 K

La temperatura promedio del universo actual es de aproximadamente 2.73 kelvins (−270.42 ° C; −454.76 ° F), según las mediciones de la radiación cósmica de fondo de microondas . ^[23] [24]

El cero absoluto no se puede alcanzar, aunque es posible alcanzar temperaturas cercanas a él mediante el uso de refrigeradores criogénicos , refrigeradores por dilución y desmagnetización adiabática nuclear . El uso del enfriamiento por láser ha producido temperaturas de menos de una mil millonésima parte de un kelvin. ^[25] A temperaturas muy bajas en la vecindad del cero absoluto, la materia exhibe muchas propiedades inusuales, como la superconductividad , la superfluidez y la condensación de Bose-Einstein . Para estudiar tales fenómenos , los científicos han trabajado para obtener temperaturas aún más bajas.

• El récord mundial actual se estableció en 1999 en 100 picokelvins (pK), o 0.000 000 000 1 de un kelvin, enfriando los giros nucleares en una pieza de metal de rodio . ^[26]
• En noviembre de 2000, se informó sobre temperaturas de giro nuclear por debajo de 100 pK para un experimento en el Laboratorio de Baja Temperatura de la Universidad de Tecnología de Helsinki en Espoo , Finlandia . Sin embargo, esta fue la temperatura de un grado particular de libertad (una propiedad cuántica llamada centrifugación nuclear), no la temperatura termodinámicapromedio general para todos los grados posibles en libertad. ^[27] [28]
• En febrero de 2003, se observó que la Nebulosa Boomerang había estado liberando gases a una velocidad de 500,000 km / h (más de 300,000 mph) durante los últimos 1,500 años. Esto lo ha enfriado a aproximadamente 1 K, como se deduce de la observación astronómica, que es la temperatura natural más baja jamás registrada. ^[29]
• En mayo de 2005, la Agencia Espacial Europea propuso una investigación en el espacio para alcanzar las temperaturas femto - kvinvin. ^[30]
• En mayo de 2006, el Instituto de Óptica Cuántica de la Universidad de Hannover dio detalles de las tecnologías y los beneficios de la investigación de femto-kelvin en el espacio. ^[31]
• En enero de 2013, el físico Ulrich Schneider de la Universidad de Munich en Alemania informó haber alcanzado temperaturas formalmente inferiores al cero absoluto (" temperatura negativa ") en los gases. El gas es expulsado artificialmente del equilibrio hacia un estado de alta energía potencial, que sin embargo es frío. Cuando luego emite radiación, se aproxima al equilibrio y puede continuar emitiendo a pesar de alcanzar el cero absoluto formal; Así, la temperatura es formalmente negativa. ^[32]
• En septiembre de 2014, los científicos de la colaboración CUORE en el Laboratori Nazionali del Gran Sassoen Italia enfriaron un recipiente de cobre con un volumen de un metro cúbico a 0,006 kelvins (−273.144 ° C; −459.659 ° F) durante 15 días, estableciendo un récord para la temperatura más baja en el universo conocido sobre un volumen contiguo tan grande. ^[33]
• En junio de 2015, los físicos experimentales del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) enfriaron las moléculas en un gas de potasio de sodio a una temperatura de 500 nanokelvins, y se espera que exhiban un estado exótico de materia enfriando estas moléculas un poco más. ^[34]
• En 2017, Cold Atom Laboratory (CAL), se desarrolló un instrumento experimental para el lanzamiento a la Estación Espacial Internacional (ISS) en 2018. ^[35] El instrumento creará condiciones extremadamente frías en el entorno de microgravedad de la ISS, lo que conducirá a la formación de Bose Einstein Condensadosque son una magnitud más fría que los que se crean en los laboratorios de la Tierra. En un laboratorio basado en el espacio, hasta 20 segundos de interacción y tan solo 1 picokelvin ($${\ displaystyle 10 ^ {- 12}}K) las temperaturas son alcanzables, y podrían conducir a la exploración de fenómenos mecánicos cuánticos desconocidos y probar algunas de las leyes más fundamentales de la física.