W październiku 2000 roku udało się uzyskać bardzo niską temperaturę 20 mK w Instytucie Fizyki Uniwersytetu Śląskiego. To trudne przedsięwzięcie zostało dokonane przez prof. dra hab. Andrzeja Ślebarskiego przy współpracy profesora Roberta Muellera z Institut fűr Festkőrperforschung w Juelich. Tym sposobem Uniwersytet Śląski został trzecim w Polsce ośrodkiem, w którym możliwe będzie przeprowadzanie eksperymentów w tak niskich temperaturach.

---

Często współczesna fizyka utożsamiana jest ze standardowym modelem kosmologicznym, który w ujęciu filozoficznym przekłada się na problem ewolucji od prostoty do złożoności. Tymczasem współczesna fizyka dla wielu fizyków ciągle jeszcze kojarzy się ze złożonymi procesami jakie zachodzą w ciałach stałych. W stałym skupieniu materii mogą występować różne formy magnetyzmu często wykazujące bardzo skomplikowane struktury różnorodnie uporządkowanych momentów magnetycznych. Takie uporządkowania często występują tylko w bardzo niskich temperaturach, a do identyfikacji magnetycznego stanu podstawowego konieczne są uciążliwe eksperymenty naukowe z wykorzystaniem różnych technik pomiarowych.

Ale nie tylko momenty magnetyczne powiązane z całkowicie lub częściowo zlokalizowanymi elektronami jonu metalu stanowią bazę zainteresowań fizyków.

Od początku XX wieku elektrony "swobodne" szczególnie w materii "niemagnetycznej" są źródłem intensywnych badań eksperymentalnych i teoretycznych. W ujęciu mechaniki kwantowej elektrony te są rozmyte, swoiście nierozróżnialne i można jedynie podać prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w każdym szczególnym położeniu. Elektrony zachowują się jak ciecz, nie należy jednak sądzić, że ich ruchy nie są skorelowane. Właśnie stany kwantowe skorelowanych elektronów są atrakcyjne dla współczesnych fizyków choćby z takiego powodu, że występują w takich materiałach jak nadprzewodniki, układy z przejściem izolator (półprzewodnik)- metal, w opisie ułamkowego efektu Halla czy w końcu stanu tzw. ciężkich fermionów (w tym przypadku fermiony to elektrony opisane rozkładem statystycznym Fermiego-Diraca). Pod koniec XX wieku w tej dziedzinie przyznano fizykom kilka nagród Nobla.

Można zaryzykować, że stany skorelowane stanowią rozdział fizyki fazy skondensowanej. Związki międzymetaliczne z "superciężkimi" elektronami typu 4f lub 5f wykazują bardzo dużą wartość współczynnika liniowego ze względu na temperaturę T w cieple właściwym. Pewne termodynamiczne zależności, które identyfikują układy ciężkofermionowe, widoczne są tylko w przedziale bardzo niskich temperatur (dla T→0).

W ostatnim dwudziestoleciu odkryto układy bliskie tzw. kwantowego punktu krytycznego, tym samym zaobserwowano np. w CeCu6-xAux zupełnie nowe zależności termodynamiczne w obszarze niskich temperatur, które nie mieszczą się w kategoriach cieczy Fermiego. W układach ciężkich fermionów (np. CeCu₆-_xAu_x) ewolucja od stanu cieczy Fermiego ciężkich kwazicząstek poprzez obszar cieczy nielandauowskiej do stanu magnetycznego zachodzi w sposób ciągły (np. w funkcji x); dlatego możliwe są systematyczne badania tych intrygujących stanów.

O ile rozwój współczesnych teorii skorelowanych układów fermionowych i teorii zjawisk krytycznych następuje dość szybko w ślad za eksperymentem, to eksperyment napotyka na istotne ograniczenia (a przynajmniej w naszych polskich uwarunkowaniach) do których zaliczam również możliwości osiągania bardzo niskich temperatur. W Instytucie Fizyki Uniwersytetu Śląskiego istniała możliwość wykonywania różnych pomiarów z ograniczeniem temperatury najniższej do 4.2 K tj. temperatury ciekłego helu. Przez bardzo niskie temperatury rozumiem te, które zbliżone są do wartości 0, a więc obszar temperatur od przynajmniej kilku do kilkudziesięciu mK (1 mK = 10^-3 K). Bardzo trudno schładza się otoczenie do tak małej wartości T, przeszkadza w tym procesie prawie wszystko. Każdy, nawet cienki drut przekazuje do kriostatu ciepło, niewystarczająca próżnia przekazuje ciepło poprzez rozrzedzony gaz w kriostacie, itd. W warunkach ekstremalnie trudnych do uzyskania, pojawiają się dodatkowe kłopoty wynikające choćby z uciążliwości jej pomiaru. Odpowiednia jakość podzespołów: cienkich kapilar do transportu ³He, wymienników ciepła, termometrów kriostatu itd. wiąże się z narastającymi kosztami.

Pomimo tych kłopotów udało nam się zmontować wysokiej klasy laboratorium kriogeniczne i osiągnąć temperaturę 20 mK w chłodziarce typu rozcieńczalnikowego (mieszanina ³ He i ⁴ He).