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{{nota disambigua|descrizione=altri significati|titolo=[[Zero assoluto (disambigua)]]}}

Lo '''zero assoluto''' è la [[temperatura]] più bassa che teoricamente si possa ottenere in qualsiasi [[Sistema (termodinamica)|sistema]] macroscopico e corrisponde a {{M|0||K}} ({{M|–273,15||°C}}).
Si può mostrare con le leggi della [[termodinamica]] che la [[temperatura]] non può mai essere esattamente pari allo zero assoluto, anche se è possibile raggiungere temperature molto vicine ad esso.
Allo zero assoluto le [[molecola|molecole]] e gli [[atomo|atomi]] di un [[Sistema (fisica)|sistema]] sono tutte allo stato fondamentale (ovvero il più basso livello di [[energia]] possibile) e il [[Sistema (fisica)|sistema]] ha il minor quantitativo possibile di [[energia cinetica]] permesso dalle leggi della [[fisica]]. Questa quantità di energia è piccolissima, ma sempre diversa da zero. Questa energia minima corrisponde all'[[energia di punto zero]], prevista dalla [[meccanica quantistica]] per tutti i [[Sistema (fisica)|sistemi]] {{chiarire|che abbiano un [[potenziale]] confinante}}.

==Descrizione==
Lo zero assoluto non può essere raggiunto in base a tre leggi fisiche:

* Il teorema di [[Walther Nernst|Nernst]], anche chiamato [[terzo principio della termodinamica]], afferma che serve una quantità di energia infinita per raffreddare un corpo fino allo zero assoluto. Il raggiungimento dello zero assoluto è contrario all'aumento di [[entropia]] nei sistemi isolati: il principio dell'aumento di entropia in sé non vieta che lo zero assoluto sia raggiungibile nei sistemi aperti. Tuttavia, l'entropia, misurata in joule/kelvin, darebbe luogo a una [[forma indeterminata]] del tipo 0/0, annullandosi il calore o energia (joule) ed essendo posta a zero la temperatura (kelvin).

* [[Principio di indeterminazione di Heisenberg]]: energia E e tempo t, o anche impulso P e posizione Q sono variabili canonicamente coniugate. Se un sistema raggiungesse lo zero assoluto, potremmo dire con certezza quale è la sua temperatura T, cioè 0. Ma se conosciamo T, allora conosciamo anche E, cioè l'energia ad essa associata, anch'essa uguale a 0. Analogamente, è nota la posizione del corpo che è fermo allo zero assoluto; dandogli un impulso dall'esterno, sarebbero note entrambe le variabili. Conoscendo E senza incertezze avremmo t infinitamente indeterminato, e conoscendo P senza incertezze avremmo Q infinitamente indeterminato.

* Energia di punto zero: il livello energetico più basso raggiungibile da un atomo è livello energetico del punto zero, che, pur essendo infinitesimo, non è mai nullo. Il sistema avrà sempre una determinata energia di tipo cinetico, un determinato calore e quindi una temperatura poco al di sopra dello zero assoluto. L'energia di punto zero è in realtà collegata al principio di indeterminazione.

Nel caso di atomi liberi a temperature prossime allo zero assoluto, la maggior parte dell'energia è in forma di movimento traslazionale e la temperatura può essere misurata in termini di [[velocità]] di tale movimento, con [[velocità]] inferiori corrispondenti a temperature inferiori.
A causa degli effetti della [[meccanica quantistica]] la [[velocità]] allo zero assoluto non è esattamente zero, ma dipende, così come l'[[energia]], dalle dimensioni dello [[Spazio (fisica)|spazio]] nel quale l'atomo è confinato.

A temperature molto basse, prossime allo zero assoluto, la [[materia (fisica)|materia]] esibisce molte proprietà inusuali, quali la [[superconduttività]], la [[superfluidità]] e la [[condensazione di Bose-Einstein]].
Per poter studiare tali fenomeni, gli scienziati hanno elaborato metodi per ottenere temperature sempre più basse.
Al [[2005]], la temperatura più bassa mai ottenuta è stata di {{M|450|p|K}}, conseguita da [[Wolfgang Ketterle]] e colleghi al [[Massachusetts Institute of Technology]].

La [[Nebulosa Boomerang]] è stata recentemente scoperta come il posto più freddo conosciuto, al di fuori dei laboratori, con una temperatura di soli −272 °C (1 K).
La [[nebulosa]] è a {{formatnum:5000}} [[anno luce|anni luce]] dalla [[Terra]] (nella costellazione del [[Centaurus|Centauro]]).

== Terzo Principio della termodinamica ==

L'impossibilità di raggiungere lo zero assoluto è una conseguenza del secondo principio della termodinamica, che normalmente è espresso come la proprietà dell'[[Entropia (termodinamica)|entropia]] di un sistema chiuso di non poter mai diminuire.
Allo zero assoluto lo stato di disordine molecolare (misurato dall'entropia del sistema) raggiungerebbe il suo valore minimo, definito solo dalla degenerazione dello stato fondamentale.
Questo fatto è espresso da quello che nella letteratura scientifica è noto come [[terzo principio della termodinamica]] o ''teorema di Nernst''.

Per capire cosa sia lo zero assoluto bisogna tener presente che la temperatura è in qualche modo una misura dell'energia interna di un corpo, intesa come somma di energia cinetica e potenziale.
Raggiungere lo zero assoluto significherebbe quindi in qualche modo azzerare l'energia cinetica traslazionale e rotazionale delle molecole che compongono il corpo.
A questo punto le molecole che lo compongono si fermano completamente e la temperatura è la più bassa possibile: questa temperatura si chiama zero assoluto.

Lo zero assoluto esiste solo come punto limite asintotico in quanto tale temperatura non è raggiungibile, né teoricamente né tanto meno praticamente.
Allo zero assoluto, per esempio, le particelle sarebbero completamente ferme e sarebbero ben determinate sia la loro posizione sia la loro velocità, cosa impossibile per il [[principio di indeterminazione]] della meccanica quantistica.
Studi degli [[Anni 1950|anni cinquanta]] hanno anche dato una nuova spiegazione dell'impossibilità di raggiungere lo zero assoluto.
Il [[Meccanica classica|modello classico]] delle [[molecole]] descrive le stesse come un [[sistema]] di [[oscillatore armonico|oscillatori armonici]] facendole assomigliare ad una [[molla]] infinitamente piccola che vibra in continuo. Per questa rappresentazione, le molecole vengono descritte con la [[legge di Hooke]]
<math>F= -kx</math> (F [[forza elastica]] di richiamo; k [[costante elastica]]; x [[elongazione]]).
Tale modello viene superato con la proposizione del [[Meccanica quantistica|modello quantistico]] dove si enuncia che l'[[energia]] di [[vibrazione]] è quantizzata e assume valori determinabili con la formula
Evibr.= (n + ½) hν (n [[numero quantico]] vibrazionale che assume valori che vanno da 0 a ∞; h [[costante di Planck]] e υ [[frequenza]] della vibrazione)

Nello stato di vibrazione fondamentale (quello che dovrebbe assumere la molecola allo 0 assoluto) l'E risulta pari a ½ si deduce quindi che la molecola è sempre e comunque in vibrazione e non stabile.

== Applicazioni e proprietà dei corpi a basse temperature ==
Gli scienziati mediante l'uso di speciali macchine termiche sono riusciti a portare un corpo ad un solo milionesimo di °C dallo zero assoluto.
Alle bassissime temperature effetti quantistici diventano macroscopicamente rilevanti.
Per esempio alcuni conduttori a temperature bassissime subiscono una [[transizione di fase]] quantistica ad uno stato in cui cessano di avere [[resistenza elettrica]].
Tali materiali sono detti [[superconduttori]] e permetterebbero di eliminare le perdite nelle linee elettriche.

Similmente alcuni fluidi a temperature di pochi gradi sopra lo zero assoluto perdono completamente la viscosità diventando [[Superfluidità|superfluidi]].

Le proprietà vibrazionali di alcuni corpi a così basse temperature vengono ad assumere particolarità curiose, che si discostano dalle normali onde.
È raggiunto infatti un comportamento discreto tipico delle particelle quantistiche ed è introdotto quindi il concetto di quanto vibrazionale, detto [[fonone]].

== Temperatura negativa ==
Certi sistemi semi-isolati, come un sistema di [[spin]] non interagenti in un campo magnetico, possono essere portati in determinate configurazioni per cui durante una transizione risultano trovarsi in uno stato a temperatura negativa, tuttavia non sono in realtà più "fredde" dello zero assoluto; dal punto di vista di uno strumento di misurazione della temperatura "classica" è come se per un momento si trovassero a una temperatura negativa. Questa concetto è collegato alla nozione più moderna di temperatura di un sistema, la quale può essere vista come una distribuzione di probabilità delle energie a cui si trovano le sue particelle.
Parlare di qualcosa che sia più freddo dello zero assoluto può sembrare in effetti assurdo, ma solo perché intuitivamente si fa riferimento alla definizione di scala assoluta della temperatura introdotta da Lord Kelvin intorno alla metà del XIX secolo.
In realtà possono verificarsi situazioni in cui, fornendo energia al sistema, questo invece di diventare più disordinato diventa più ordinato. Dal punto di vista matematico, un sistema a temperatura assoluta negativa si comporta come se fosse un sistema a temperatura infinita. 

Questo tipo di fenomeno è associato, in particolare, all'[[inversione di popolazione]] come quella che si ottiene nelle [[cavità risonanti]] dei [[laser]] convenzionali.

Nel 2013 un gruppo di ricercatori dell'[[Università Ludwig Maximilian di Monaco|Università Ludwig Maximilian]] di [[Monaco di Baviera]] e dell'[[Istituto Max Planck di fisica del plasma]] di [[Garching bei München]] ha portato una nuvola di atomi di potassio (circa {{formatnum:100000}}) a una temperatura inferiore allo zero assoluto di qualche [[Nano (prefisso)|nano]][[kelvin]], partendo da uno stato di Condensato di Bose-Einstein.<ref>{{Cita web|http://www.nature.com/news/quantum-gas-goes-below-absolute-zero-1.12146|Quantum gas goes below absolute zero|23 gennaio 2014|lingua=en}}</ref><ref>{{Cita web|http://www.lescienze.it/news/2013/01/08/news/temperature_negative_zero_assoluto_quantistico_entropia-1447748/|Oltre lo zero assoluto, una temperatura negativa "scottante"|23 gennaio 2014}}</ref>

== Note ==
{{references}}

== Bibliografia ==
* {{cita libro| J. M. | Smith | Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics | 	2000 | 	McGraw-Hill ||| coautori= H.C.Van Ness; M. M. Abbot |||ed= 6 ||lingua= inglese|isbn=0-07-240296-2}}
* {{cita libro| K. G. | Denbigh | I principi dell'equilibrio chimico | 	1971 | Casa Editrice Ambrosiana |Milano|isbn=88-408-0099-9 }}
* {{cita libro| Robert | Perry | [[Perry's Chemical Engineers' Handbook]] | 	2007 | 	McGraw-Hill || wkautore= Robert H. Perry | coautori= Don W. Green |||ed= 8 ||lingua= inglese|isbn=0-07-142294-3}}
* {{ Cita libro| cognome = Ben-Naim | nome = Arieh| anno = 2007| titolo = Entropy Demystified| editore = World Scientific| isbn = 981-270-055-2}}
* {{ Cita libro| cognome = Dugdale | nome = J. S.| anno = 1996| titolo = Entropy and its Physical Meaning| edizione = 2nd Ed.| editore = Taylor and Francis (UK); CRC (US)| isbn = 0-7484-0569-0}}
* [[Enrico Fermi]], ''Termodinamica'', ed. italiana Bollati Boringhieri, (1972), ISBN 88-339-5182-0;
* {{ Cita libro| cognome = Fermi | nome = Enrico| wkautore = Enrico Fermi| anno = 1937| titolo = Thermodynamics| editore = Prentice Hall| isbn = 0-486-60361-X}}
* {{ Cita libro| cognome = Kroemer | nome = Herbert| coautori = Charles Kittel| anno = 1980| titolo = Thermal Physics| edizione = 2nd Ed.| editore = W. H. Freeman Company| isbn = 0-7167-1088-9}}
* {{ Cita libro| cognome = Penrose | nome = Roger| wkautore = Roger Penrose| anno = 2005| titolo = The Road to Reality : A Complete Guide to the Laws of the Universe| isbn = 0-679-45443-8}}
* {{ Cita libro| cognome = Reif | nome = F.| anno = 1965| titolo = Fundamentals of statistical and thermal physics| editore = McGraw-Hill| isbn = 0-07-051800-9}}
* {{Cita libro | autore=Goldstein, Martin; Inge, F | titolo=The Refrigerator and the Universe | editore=Harvard University Press | anno=1993 | isbn=0-674-75325-9 }}
* {{Cita libro | autore=vonBaeyer; Hans Christian | titolo=Maxwell's Demon: Why Warmth Disperses and Time Passes | editore=Random House | anno=1998 | isbn=0-679-43342-2 }}

== Voci correlate ==
* [[Lord Kelvin]]
* [[Kelvin]]<!-- (unità di misura) -->
* [[Terzo principio della termodinamica]]
* [[Termodinamica]]
* [[Temperatura]]
* [[Temperatura assoluta]]

{{Portale|chimica|termodinamica}}

[[Categoria:Termometria]]