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2024-05-16T09:23:12Z

HC: Ergänze Kategorie:Physikalisches Fachgebiet

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Die '''Tieftemperaturphysik''' ist ein Teilgebiet der [[Physik]], das sich mit Vorgängen in kalter [[Materie (Physik)|Materie]] befasst. Der betrachtete [[Temperatur]]bereich liegt in der Nähe des [[absoluter Nullpunkt|absoluten Nullpunkts]] der Temperaturskala, d. h. nahe an 0 [[Kelvin]] (−273,15 [[Grad Celsius]]). Es gibt keine genau definierte Temperatur, ab der man von Tieftemperaturphysik spricht. Experimente sind jedoch meist mit der Verwendung von [[Kryogen (Technik)|Kryoflüssigkeiten]] wie flüssigem [[Stickstoff]] (Siedepunkt: 77,4 [[Kelvin|K]]) oder flüssigem [[Helium]] (Siedepunkt: 4,21 K) verknüpft. Unter 1 K spricht man oft von '''ultratiefen Temperaturen'''.

== Geschichte ==

Mit dem Erreichen immer tieferer Temperaturen waren oft grundlegende Entdeckungen verknüpft (z. B. die der [[Supraleiter|Supraleitung]]). Als Begründer der modernen Tieftemperaturphysik gilt [[Heike Kamerlingh Onnes]], dem 1908 in [[Leiden (Stadt)|Leiden]] erstmals die Verflüssigung von Helium gelang. 2017 gelang es Schweizer Physikern, einen Chip auf weniger als 3 mK über eine Zeit von sieben Stunden abzukühlen.<ref>{{Internetquelle|url=https://science.orf.at/stories/2885107 |titel=Schweizer Forscher brechen mit Chip den Kälterekord |werk=science.orf.at |datum=2017-12-20 |zugriff=2018-11-01}}</ref>

== Methoden zum Erreichen tiefer Temperaturen ==

* Kühlkreislauf nach [[Carl von Linde]], siehe [[Gegenstromprinzip (Verfahrenstechnik)]]
* Gasverflüssigung nach Carl von Linde, siehe [[Joule-Thomson-Effekt]]
* [[Gaskreislaufkühlung]]
* [[Verdampfungskühlung]] Temperaturbereich: Einige 100 Millikelvin.
* Kühlung mit Hilfe des [[Pomeranchuk-Effekt]]s Temperaturbereich: Wenige Millikelvin.
* [[3He-4He-Mischungskühlung|3He-4He-Entmischungskühlung]] Temperaturbereich: Wenige Millikelvin.
* [[Magnetische Kühlung]] Temperaturbereich: Wenige Millikelvin bis hinab zu einigen Mikrokelvin (μK).
* [[Laserkühlung]], [[Sisyphuskühlung]]
* [[Evaporative Kühlung]]

== Vorgänge bei tiefen Temperaturen ==

* [[Supraleitung]] Viele Stoffe verlieren bei tiefen Temperaturen ihren elektrischen Widerstand.
* [[Suprafluidität]] 3He und 4He können bei ausreichend tiefen Temperaturen reibungsfrei fließen.
* [[Bose-Einstein-Kondensation]]

== Messung tiefer Temperaturen ==
Es ist bislang keine Methode bekannt, mit der die [[Thermodynamik|thermodynamische]] Größe der Temperatur direkt gemessen werden kann. Zur Bestimmung von tiefen Temperaturen werden deshalb vor allem der [[Sättigungsdampfdruck|Dampfdruck]] von verflüssigten Gasen (He, H2, N2 etc.) herangezogen. Dies geschieht bei der derzeit gültigen Temperaturskala [[ITS-90]], die den Bereich 0,65 bis 1350 K abdeckt. Für noch tiefere Temperaturen gibt es die ''provisorische'' PLTS-2000-Skala, welche bis zu 0,9 mK hinab, der [[Néel-Temperatur]] in festem 3He, reicht.
Zur Messung der [[Temperatur]] können, je nach Messbereich und experimentellen Möglichkeiten, unterschiedliche [[Primärthermometer]] oder [[Sekundärthermometer]] eingesetzt werden.

== Literatur ==
* Christian Enss, [[Siegfried Hunklinger]]: ''Tieftemperaturphysik.'' Springer, Berlin, Heidelberg 2000, ISBN 3540676740
* Guy K. White, Philip J. Meeson: ''Experimental Techniques in Low-Temperature Physics''. Oxford University Press, ISBN 0-19-851427-1
* Kurt Mendelssohn: ''The quest for absolute zero - the meaning of low temperature physics.'' Taylor & Francis, London 1977, ISBN 0-85066-119-6
* Yasu Takano: ''Low temperature physics.''AIP Press, Melville 2006, ISBN 0-7354-0347-3
* Jack W. Ekin: ''Experimental techniques for low-temperature measurements.'' Oxford Univ. Pr., Oxford 2007, ISBN 978-0-19-857054-7
* Christian Enss: ''Cryogenic particle detection.'' Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-20113-0
* Henk T. C. Stoof et al.: ''Ultracold quantum fields.'' Springer, Dordrecht 2009, ISBN 978-1-4020-8762-2

== Siehe auch ==
* [[Kernspinresonanz]]
* [[SQUID]]-Thermometrie
* [[Rauschthermometer]]
* [[Walther-Meißner-Institut für Tieftemperaturforschung]]

== Einzelnachweise ==
<references />

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[[Kategorie:Thermodynamik]]
[[Kategorie:Physikalisches Fachgebiet]]

Tieftemperaturphysik - Versionsgeschichte

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