Který materiál má nejnižší bod mrazu?

Materiál s nejnižší teplotou tuhnutí je hélium. Při typických tlacích nemrzne vůbec, dokonce ani při teplotách blížících se absolutní nule. Důvody, proč jsou diktovány kvantovou mechanikou: energie nulového bodu systému helia je příliš velká na to, aby umožnila zmrazení. Energie s nulovým bodem je minimální energie, kterou částice nebo systém má vždy, bez ohledu na to. Hélium je jedinou látkou, která nemá teplotu tání pod okolním tlakem, bez ohledu na teplotu.

Bod mrznutí helia existuje pouze při tlaku nejméně 25 atmosfér a teplotě 1,15 K. Tyto podmínky byly vytvořeny v laboratoři odpařovacím chlazením. Výsledkem je bezbarvá, vysoce stlačitelná pevná látka, která je prakticky neviditelná. Pevné hélium je tak obtížné vidět, že vrstvy polystyrenu se používají jen proto, aby zjistily, kde to je. Hustota samotného hélia je pouze 66krát větší než vzduch. Pro srovnání, voda je 1000krát hustší než vzduch.

Helium poprvé zkapalnil v roce 1908 nizozemský fyzik Heike Onnes, který jej ochladil na 1 stupeň Kelvina. K jeho velkému překvapení další ochlazení nezpůsobilo, že dosáhne bodu mrazu. Teprve o 18 let později, v roce 1926, byl jeho student, Williem Keesom, schopen ztuhnout helium jeho ochlazením v tlakové komoře. Dnes je zkapalnění helia životně důležitým krokem při jeho extrakci ze Země a jejím skladování.

Kapalné helium se často používá jako kryogenní chladicí činidlo, když nestačí tekutý dusík. Musí být udržován pod stálým vysokým tlakem a nízkou teplotou, jinak se rychle rozpíná a přechází na plyn. Solidní helium nemá žádné praktické aplikace mimo vědecký výzkum.

Některé z nejneobvyklejších vlastností hélia lze vyvinout při teplotách blízkých absolutní nule. Při takových teplotách se helium chová jako superfluid, což znamená, že proudí s nulovou měřitelnou viskozitou. Má také tendenci plazit se po stěnách kontejneru, ve kterém je držen.