Hélium liquide

vignette|Hélium liquide superfluide dans un récipient. L’hélium 4 peut être liquéfié à pression ambiante sous une température d'environ , soit . Son isotope, l'hélium 3, se liquéfie à pression ambiante sous une température d'environ . L'hélium est le seul élément qui ne peut être solidifié à pression ambiante. L'hélium solide peut être obtenu seulement lorsqu'une très grande pression y est appliquée. L’hélium 4 est liquéfié pour la première fois le par le physicien hollandais Heike Kamerlingh Onnes à Leyde aux Pays-Bas. Cette prouesse majeure, résultat de dix années de travail intensif, permet d'atteindre les températures les plus basses de l'époque (le record de froid avant la liquéfaction de l'hélium était détenu depuis 1898 par le physicien anglais James Dewar avec la liquéfaction de l'hydrogène à , soit environ ). Heike Kamerlingh Onnes obtient le prix Nobel de physique en 1913 "pour sa recherche des propriétés de la matière à basse température, qui amena à la production d'hélium liquide". En s'approchant davantage du zéro absolu, l'hélium 4 liquide permet à Heike Kamerlingh Onnes de découvrir le phénomène de la supraconductivité le en mesurant la résistance électrique du mercure à très basse température. L'hélium 3, inconnu au tout début du , le spectromètre de masse n'ayant pas encore été inventé, est liquéfié en 1949 par E. R. Grilly, E. F. Hammel et S. G. Sydoriak. L'hélium ne peut être liquéfié qu'en utilisant le procédé Linde-Hampson qui consiste en l'utilisation de la loi de Joule-Thomson et des variations de température d'un gaz en compression et en décompression suivant la loi de Gay-Lussac. On peut essayer de comprendre simplement ce processus : l'hélium gazeux est comprimé dans une enceinte où les transferts de chaleur sont permis ; après un instant, le gaz comprimé se thermalise avec son environnement ; ce gaz est ensuite passé à travers un matériau poreux pour ralentir le débit arrivant dans une enceinte isolée thermiquement où le gaz est décompressé ; pour permettre au gaz de se détendre, et qu'ainsi des particules puissent s'éloigner les unes des autres, il faut que le reste des particules se rapprochent les unes des autres, car il n'y a pas de transfert d'énergie possible ; ces atomes rapprochés vont alors pouvoir former une phase liquide.