Le matériau dont le point de congélation est le plus bas est l’hélium. Sous des pressions typiques, il ne gèle pas du tout, même à des températures proches du zéro absolu. Les raisons en sont dictées par la mécanique quantique : l’énergie du point zéro d’un système d’hélium est trop grande pour permettre la congélation. L’énergie du point zéro est l’énergie minimale qu’une particule ou un système a toujours, quoi qu’il arrive. L’hélium est la seule substance qui n’a pas de point de congélation à pression ambiante, quelle que soit la température.
Un point de congélation pour l’hélium n’existe que sous au moins 25 atmosphères de pression et une température de 1.15 K. Ces conditions ont été créées en laboratoire par refroidissement par évaporation. Le résultat est un solide incolore, hautement compressible et pratiquement invisible. L’hélium solide est si difficile à voir que des couches de mousse de polystyrène sont utilisées juste pour dire où il se trouve. La densité de l’hélium solide lui-même n’est que 66 fois supérieure à celle de l’air. En comparaison, l’eau est 1000 fois plus dense que l’air.
L’hélium a été liquéfié pour la première fois en 1908 par le physicien néerlandais Heike Onnes, qui l’a refroidi à 1 degré Kelvin. À sa grande surprise, un refroidissement supplémentaire ne l’a pas fait atteindre son point de congélation. Ce n’est que 18 ans plus tard, en 1926, que son élève, Williem Keesom, réussit à solidifier l’hélium en le refroidissant dans une chambre à pression. Aujourd’hui, la liquéfaction de l’hélium est une étape indispensable pour l’extraire de la terre et le stocker.
L’hélium liquide est souvent utilisé comme agent de refroidissement cryogénique lorsque l’azote liquide ne suffit pas. Il doit être maintenu sous haute pression continue et à basse température, sinon il se dilate rapidement et se transforme en gaz. L’hélium solide n’a pas d’applications pratiques en dehors de la recherche scientifique.
Certaines des propriétés les plus inhabituelles de l’hélium peuvent être obtenues à des températures proches du zéro absolu. À de telles températures, l’hélium se comporte comme un superfluide, ce qui signifie qu’il s’écoule avec une viscosité mesurable nulle. Il a également tendance à ramper le long des parois d’un conteneur dans lequel il est maintenu.