Lo zero assoluto è la temperatura più bassa che si può ottenere in qualsiasi sistema macroscopico, e corrisponde a 0 K (-273,15 °C; -459,69 °F). 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 arbitrariamente vicine ad esso. Allo zero assoluto le molecole e gli atomi di un sistema sono tutte allo stato fondamentale (ovvero il più basso livello di energia possibile) e il sistema ha il minor quantitativo possibile di energia cinetica permesso dalle leggi della fisica. Questa energia minima corrisponde all'energia di punto zero che si incontra nel problema di meccanica quantistica della particella nella scatola.

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 corrisponenti 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 nel quale l'atomo è confinato.

Per alcuni sistemi speciali e definizioni specifiche di temperatura, è possibile ottenere una temperatura negativa. Un sistema con temperatura negativa non è più freddo dello zero assoluto, ma è - in un certo senso - più caldo della temperatura infinita. Si veda temperatura per ulteriori informazioni.

A temperature molto basse, prossime allo zero assoluto, la 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 2003, la temperatura più bassa mai ottenuta è stata di 450 pK, o 4,5×10^-10 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 gradi Celsius (1 Kelvin). La nebulosa è a 5.000 anni luce dalla Terra (nella costellazione del Centauro).

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