Silnik na jeden atom

Zespół niemieckich fizyków z Uniwersytetu Mainz wymyślił ostatnio bardzo ciekawy silnik cieplny, który ma mieć mniej niż mikrometr długości i ma działać na jednym atomie (będąc tym samym najmniejszym na świecie). Ale w zasadzie to nie jest najważniejsze, bo dzięki wykorzystaniu kwantowych efektów silnik ten ma z pozoru łamać zasady termodynamiki przekraczając maksymalną sprawność cyklu Carnota.

Silnik ten zasadniczo składać ma się z jednego atomu (początkowo ma to być stabilny izotop wapnia 40Ca) uwięzionego w ciasnym stożku elektromagnetycznym pomiędzy dwoma laserami. Jeden z laserów ma podgrzewać atom natomiast drugi przy użyciu zjawiska chłodzenia dopplerowskiego będzie ów atom schładzał.

Chłodzenie i podgrzewanie będzie zmieniać rozmiar atomu, który przez to będzie poruszał się wzdłuż stożka - a praca laserów ma być zsynchronizowana z naturalnym rezonansem atomu na boki. Dzięki temu będzie on oscylował coraz silniej, a umieszczając drugi atom na chłodnym końcu elektromagnetycznego stożka będzie można odzyskiwać energię takiego przedziwnego silnika.

Ale to nie koniec, bo silnik taki powinno się udać "doładować" poprzez delikatne zwężanie i rozszerzanie stożka co doprowadzić powinno do powstania zjawiska kwantowego - tak zwanego stanu ściśniętego. Schłodzenie go na odzyskującym energię końcu stożka spowoduje jego powrót do normalnych rozmiarów, a cały ten zabieg da silnikowi dodatkową energię i to dość sporo - z użyciem tego zjawiska ma on być bowiem 4-krotnie bardziej wydajny niż bez niego dzięki czemu mógłby się on stać najwydajniejszym silnikiem świata (pokonując przy okazji górny limit narzucany silnikom przez zasady termodynamiki).

Już teraz pojawiają się głosy, według których wcale limit ten nie zostanie przekroczony - bowiem trzeba wziąć pod uwagę energię poświęcaną na proces ściskania, jednak sam autor badania broni się twierdząc, że ściskanie nie powoduje transferu energii do ruchu atomu na boki, a zatem dodawanie jej do ogólnej sprawności silnika można porównać do sytuacji gdybyśmy obliczali wydajność silnika spalinowego dodając miliony lat, które konieczne były aby powstała zasilająca go ropa, albo energię użytą przez pompę do wydobycia jej spod ziemi.

Tak czy siak silnik taki jest bardzo interesujący w całym zamyśle i być może w przyszłości z pomocą takich jednostek zasilane będą nanoroboty. Na razie jednak trzeba poczkać aż pierwszy model zostanie skonstruowany - może wtedy też uda się rozwiązać problem jego wydajności.

Źródło: