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Die '''Tieftemperaturphysik''' | Die '''Tieftemperaturphysik''' ist ein Teilgebiet der [[Physik]], der 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 == | == 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. | 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 == | == Methoden zum Erreichen tiefer Temperaturen == | ||
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== Messung tiefer Temperaturen == | == Messung tiefer Temperaturen == | ||
Es | 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, H<sub>2</sub>, N<sub>2</sub> 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 <sup>3</sup>He, reicht. | ||
Zur Messung der [[Temperatur]] können, je nach Messbereich und experimentellen Möglichkeiten, unterschiedliche [[Primärthermometer]] oder [[Sekundärthermometer]] eingesetzt werden. | Zur Messung der [[Temperatur]] können, je nach Messbereich und experimentellen Möglichkeiten, unterschiedliche [[Primärthermometer]] oder [[Sekundärthermometer]] eingesetzt werden. | ||
== Literatur == | == Literatur == | ||
* Christian Enss, [[Siegfried Hunklinger]]: ''Tieftemperaturphysik.'' Springer, Berlin, Heidelberg 2000, ISBN 3540676740 | * 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 | * Guy K. White, Philip J. Meeson: ''Experimental Techniques in Low-Temperature Physics''. Oxford University Press, ISBN 0-19-851427-1 | ||
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* Christian Enss: ''Cryogenic particle detection.'' Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-20113-0 | * 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 | * 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:Thermodynamik]] | ||
Die Tieftemperaturphysik ist ein Teilgebiet der Physik, der sich mit Vorgängen in kalter Materie befasst. Der betrachtete Temperaturbereich liegt in der Nähe des 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 Kryoflüssigkeiten wie flüssigem Stickstoff (Siedepunkt: 77,4 K) oder flüssigem Helium (Siedepunkt: 4,21 K) verknüpft. Unter 1 K spricht man oft von ultratiefen Temperaturen.
Mit dem Erreichen immer tieferer Temperaturen waren oft grundlegende Entdeckungen verknüpft (z. B. die der Supraleitung). Als Begründer der modernen Tieftemperaturphysik gilt Heike Kamerlingh Onnes, dem 1908 in 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.[1]
Es ist bislang keine Methode bekannt, mit der die thermodynamische Größe der Temperatur direkt gemessen werden kann. Zur Bestimmung von tiefen Temperaturen werden deshalb vor allem der 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.