La temperatura più bassa possibile, o zero assoluto come viene chiamata, è -459.67°F (-273.15°C). È anche chiamato 0 kelvin, una scala con incrementi equivalenti a gradi Celsius, ma che utilizza lo zero assoluto anziché il punto di congelamento dell’acqua come punto di partenza. Questo è il punto in cui cessa ogni movimento atomico.
La definizione di cui sopra può essere incompleta, tuttavia, poiché un atomo è esso stesso un’entità con una struttura interna complessa. Per raggiungere la temperatura più bassa possibile, o il vero zero assoluto, non solo il movimento atomico deve fermarsi, ma anche tutti i componenti interni dell’atomo dovrebbero fermarsi. Gli elettroni dovrebbero smettere di orbitare nei loro rispettivi nuclei atomici, i neutroni e i protoni nei nuclei dovrebbero smettere di trascinarsi l’un l’altro con le loro forze interne, i quark e qualsiasi sottostruttura sottostante deve cessare ogni attività. A causa degli effetti della meccanica quantistica, questo è impossibile. Pertanto, una definizione più precisa si applica alle raccolte di materia dalle quali non può essere estratta ulteriore energia termica, cioè un’altra raccolta di atomi portata a contatto con il campione gli trasferirà sempre energia, mai il contrario.
Come l’efficienza di un sistema, la velocità di una particella o la massima temperatura possibile, lo zero assoluto è in realtà una quantità teorica che può essere solo avvicinata, ma probabilmente mai raggiunta.
Temperature prossime allo zero assoluto sono state raggiunte con le tecniche del raffreddamento laser e del raffreddamento evaporativo magnetico. Nel raffreddamento laser, gli atomi in rapido movimento vengono spinti da fotoni fino a rallentare fino a 1/10,000 di grado kelvin. Nel raffreddamento evaporativo magnetico, gli atomi rimanenti sono tenuti in posizione vagamente da un campo magnetico e gli atomi più energetici alla fine scappano, lasciandosi dietro i resti più lenti. Usando queste tecniche, sono state raggiunte temperature fino a 250 picokelvins (pK). La materia questo freddo può comportarsi in modi bizzarri, formando strutture chiamate condensati di Bose-Einstein, che dimostrano una proprietà chiamata superfluidità, ovvero il flusso di atomi senza viscosità.