Il materiale con il punto di congelamento più basso è l’elio. Sotto pressioni tipiche, non si congela affatto, anche a temperature prossime allo zero assoluto. Le ragioni sono dettate dalla meccanica quantistica: l’energia di punto zero di un sistema di elio è troppo grande per consentire il congelamento. L’energia del punto zero è l’energia minima che una particella o un sistema ha sempre, non importa quale. L’elio è l’unica sostanza che non ha un punto di congelamento a pressione ambiente, indipendentemente dalla temperatura.
Un punto di congelamento per l’elio esiste solo sotto almeno 25 atmosfere di pressione e una temperatura di 1.15 K. Queste condizioni sono state create in laboratorio attraverso il raffreddamento per evaporazione. Il risultato è un solido incolore, altamente comprimibile, praticamente invisibile. L’elio solido è così difficile da vedere che gli strati di polistirolo vengono usati solo per dire dove si trova. La densità dell’elio solido stesso è solo 66 volte maggiore dell’aria. In confronto, l’acqua è 1000 volte più densa dell’aria.
L’elio fu liquefatto per la prima volta nel 1908 dal fisico olandese Heike Onnes, che lo raffreddò a 1 grado Kelvin. Con sua grande sorpresa, l’ulteriore raffreddamento non gli fece raggiungere il punto di congelamento. Fu solo 18 anni dopo, nel 1926, che il suo allievo, Williem Keesom, riuscì a solidificare l’elio raffreddandolo in una camera a pressione. Oggi, la liquefazione dell’elio è un passaggio fondamentale per estrarlo dalla terra e immagazzinarlo.
L’elio liquido viene spesso utilizzato come agente di raffreddamento criogenico quando l’azoto liquido non è sufficiente. Deve essere mantenuto ad alta pressione continua e bassa temperatura, altrimenti si espande rapidamente e si trasforma in un gas. L’elio solido non ha applicazioni pratiche al di fuori della ricerca scientifica.
Alcune delle proprietà più insolite dell’elio possono essere persuase a temperature prossime allo zero assoluto. A tali temperature, l’elio si comporta come un superfluido, il che significa che scorre con una viscosità misurabile pari a zero. Ha anche la tendenza a insinuarsi nelle pareti di un contenitore in cui è contenuto.