Квантовая механика - это удивительная область физики, которая открывает перед нами много новых возможностей. Благодаря ей мы можем изучать свойства и взаимодействия частиц на очень малых масштабах, таких как атомы и молекулы, и даже на субатомном уровне. Но не только самими исследованиями ценна квантовая механика. Мы можем разрабатывать принципиально новые технологии, которые значительно превосходят свои традиционные аналоги в эффективности и мощности. И вот квантовая механика подкинула нам кое-что интересное!
Один из последних значительных результатов получили л в Окинавском институте науки и технологий (OIST), где исследователи из отдела квантовых систем сотрудничали с учеными из Университета Кайзерслаутерна-Ландау и Штутгартского университета. Вместе они разработали и построили, ни много ни мало, квантовый двигатель! Он работает на тех самых особых квантовых правилах, управляющих частицами на очень малых масштабах.
Классический, например, автомобильный двигатель работает по принципу сжигания топлива внутри камеры. В результате этого процесса газ в камере нагревается, что приводит к расширению газа и, соответственно, движению поршня и вращению колес автомобиля. Однако в квантовом двигателе, созданном учеными, процесс управляется изменением квантовой природы частиц в газе.
Основная идея заключается в том, что все частицы в природе можно классифицировать как бозоны или фермионы, в зависимости от их квантовых характеристик. При очень низких температурах, когда квантовые эффекты становятся значимыми, бозоны имеют более низкое энергетическое состояние, чем фермионы. И именно эту разницу в энергии ученые использовали для создания энергии в квантовом двигателе.
Вместо циклического нагрева и охлаждения газа, как это делает классический двигатель, квантовый двигатель работает, превращая бозоны в фермионы и обратно. Этот процесс позволяет получать энергию без необходимости использования топлива и сжигания.
«Чтобы превратить фермионы в бозоны, вы можете взять два фермиона и объединить их в молекулу. Эта новая молекула — бозон. Разрушение ее позволяет нам снова получить фермионы. Делая это циклически, мы можем привести двигатель в действие, не используя тепло», — пояснил профессор Томас Буш, руководитель отдела квантовых систем.
Таким образом, квантовый двигатель может работать без необходимости постоянного нагревания и охлаждения, что делает его более эффективным и экологически чистым.
Хотя этот тип двигателя работает только в квантовом режиме, команда обнаружила, что его эффективность довольно высока и может достигать 25% на нынешней экспериментальной установке, построенной немецкими коллегами.
Этот новый двигатель представляет собой захватывающую разработку в области квантовой механики и потенциально может привести к дальнейшему прогрессу в развивающейся области квантовых технологий. Но означает ли это, что мы скоро увидим квантовую механику, приводящую в действие двигатели наших автомобилей?
«Хотя эти системы могут быть очень эффективными, мы только провели проверку концепции вместе с нашими экспериментальными сотрудниками», — объяснил Кирти Менон. «На пути создания полезного квантового двигателя все еще остается много проблем».
Источник:
Артур Видера, Квантовый двигатель в кроссовере BEC–BCS (Artur Widera, A quantum engine in the BEC–BCS crossover), Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06469-8
Благодарю за чтение! Если понравилась статья, то предлагаю подписаться, будет ещё много таких. Есть мысли по предмету статьи и не только - приглашаю в комментарии. Также, если интересно, можете ознакомиться со страницами нашего проекта на других платформах, ссылки найдёте в описании канала. Кроме того, у меня есть страница на сервисе поддержки авторов Бусти, просто сообщаю, поддержка - дело добровольное, ссылка так же в описании канала.
