В новой публикации профессор Хосе-Мария Мартин-Олалла из отдела физики конденсированных сред Севильского университета описал прямую связь между исчезновением теплоёмкости при абсолютном нуле — общим экспериментальным наблюдением, установленным в начале XX века — и вторым законом термодинамики.
Исследование, [опубликованное](https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1402-4896/ae22a5) в Physica Scripta, переосмысливает столетнюю проблему и завершает последствия принципа увеличения энтропии во Вселенной.
Новое исследование следует за другим, опубликованным в European Physical Journal Plus в июне 2025 года, в котором профессор Мартин-Олалла [связал теорему Нернста](https://phys.org/news/2025-06-thermodynamics-revisited-year-problem-einstein.html) (другое общее свойство материи при [абсолютном нуле](https://phys.org/news/2025-06-thermodynamics-revisited-year-problem-einstein.html?utmsource=embeddings&utmmedium=related&utm_campaign=internal)) со вторым законом термодинамики, исправив оригинальную идею Эйнштейна.
С помощью этих двух работ двух законов термодинамики (сохранения энергии и увеличения энтропии) будет достаточно для объяснения макроскопических свойств материи во всём спектре температур, включая абсолютный ноль, что делает ненужным третий независимый закон.
Теплоёмкость — это сопротивление объекта изменению температуры. Исчезновение этого свойства при абсолютном нуле вызвало ажиотаж в научном сообществе в начале XX века, поскольку в классической физике не было объяснения этому явлению, где изменение температуры всегда связано с обменом энергией. Исчезновение теплоёмкости означает, что при абсолютном нуле изменение температуры не требует обмена энергией.
В 1907 году Эйнштейн впервые использовал квантовую физику для объяснения этого явления, которое оставалось отделённым от второго закона термодинамики и вместе с теоремой Нернста стало третьим законом термодинамики.
Исследование профессора Мартина-Олаллы теперь связывает исчезновение теплоёмкости при абсолютном нуле с следствием второго закона термодинамики: стабильностью равновесия, которая является свойством равновесных состояний сохраняться неопределённо до тех пор, пока они не будут нарушены внешним воздействием. Таким образом, исчезновение теплоёмкости будет иметь «классическое» термодинамическое объяснение, без необходимости знать, является ли система квантовой.
В этой статье Мартин-Олалла анализирует общее условие термической стабильности, которое требует, чтобы теплоёмкости были положительными при температурах, отличных от нуля, чтобы показать, что это же условие требует, чтобы теплоёмкости при абсолютном нуле исчезали так же быстро, как и температура.
«Микроскопическая интерпретация исчезновения теплоёмкости намекает на квантовую природу материи, но статья показывает, что в общем случае природа избегает ситуаций, которые привели бы к нестабильному состоянию при абсолютном нуле», — резюмирует профессор Мартин-Олалла, добавляя, что «материя ведёт себя вблизи абсолютного нуля, как это предсказано термической стабильностью. Нет необходимости в новом принципе для кодификации регулярного и предсказуемого поведения».
Рекорды экспериментов на Большом адронном коллайдере (LHC)
Все эксперименты на Большом адронном коллайдере (LHC) установили рекорды в последнем полном году работы в рамках третьего запуска.
После нескольких последних кругов по кольцу пучки Большого адронного коллайдера (LHC) были остановлены в 6:00 утра в понедельник, 8 декабря, для обычной ежегодной технической остановки.
Запущенный 5 мая, 11-й годовой цикл работы LHC по физике высоких энергий установил новый [рекорд по интегральной светимости](https://phys.org/news/2024-09-lhc-luminosity.html?utmsource=embeddings&utmmedium=related&utm_campaign=internal), доставив 125 фб^-1 в эксперименты ATLAS и CMS. За весь срок службы LHC эксперименты ATLAS и CMS обеспечили интегральную светимость в 500 фб^-1, что эквивалентно примерно 50 миллионам миллиардов столкновений частиц.
Все четыре эксперимента на LHC показали исключительно высокие результаты в течение 2025 года, обнаружив больше столкновений, чем в любой предыдущий год, и сообщив об эффективности сбора данных более 90%.
Эксперимент LHCb продолжил получать выгоду от значительных обновлений, завершённых в 2023 году, что позволило ещё больше увеличить зарегистрированную светимость до нового рекорда в 11,8 фб^-1 в 2025 году.
Год завершился 21-дневным протон-протонным запуском, в котором машина и все эксперименты также показали отличные результаты. Эксперимент ALICE, посвящённый этому типу столкновений тяжёлых ионов, достиг эффективности сбора данных более 95%. Эксперимент смог записать выборку данных в 2 нб^-1 в своём самом успешном на сегодняшний день запуске тяжёлых ионов.
Главным достижением этого года стал специальный цикл столкновений протон-кислород, кислород-кислород и неон-неон на LHC, зарегистрированный всеми крупными экспериментами на LHC. Исследования этих новых столкновений уже подтвердили необычную «форму кегли» ядер неона, в то время как [ранние результаты](https://home.cern/news/news/physics/shape-shifting-collisions-probe-secrets-early-universe) от ALICE также показали значительные доказательства формирования кварк-глюонной плазмы (QGP), открывая новый способ изучения экстремального состояния материи, созданного сразу после Большого взрыва.
LHCb использовал свою уникальную способность вводить газы в вакуумную камеру LHC во время этого цикла, чтобы добавить столкновения кислород-водород и неон-неон к большой семье образцов данных, собранных в режиме фиксированной мишени.
2025 год также стал последним полным годом работы в рамках [третьего запуска LHC](https://home.cern/press/2022/run-3), который начался в июле 2022 года. После более короткой, чем обычно, технической остановки в конце года физический запуск запланирован на март следующего года и продлится до июня. Затем LHC войдёт в длительный период технического обслуживания, поскольку начнётся подготовка к запуску LHC с высокой светимостью (HL-LHC). Планируемый к [завершению в 2030 году](https://phys.org/news/2022-08-powerful-particle.html?utmsource=embeddings&utmmedium=related&utm_campaign=internal), этот модернизированный вариант LHC будет обеспечивать эксперименты примерно в пять раз большим количеством столкновений частиц.