Çoğu normal motor, termal enerjiyi mekanik işe dönüştürür, ancak uluslararası bir araştırma ekibi artık tamamen farklı bir kuantum motor tasarladı ve uyguladı. Bu prensip kanıtı mikroskobik motor, ısı yerine, kuantum maddenin istatistiksel özellikleriyle ilişkili enerji farkıyla çalışır. Ve bir gün bu tür motorlar, gelecek nesil arabalara güç sağlamak yerine kuantum pilleri şarj etmek veya kuantum bilgisayarları ve sensörleri çalıştırmak için kullanılabilir.

"Mühendislik nano dünyaya giriyor ve bir noktada kuantum da devreye girecek" diyor Artur WideraAlmanya'nın Kaiserslautern Üniversitesi'nde fizikçi ve işbirliğinin lideri. "Ve hazırlıklı olup neler olup bittiğini ve bunu nasıl kullanabileceğimizi bilsek iyi olur."

Kuantum istatistiklerinin gücü

Bilimin bildiği tüm parçacıklar iki kategoriden birine girer: bozonlar veya fermiyonlar. Bozonlar aynı kuantum durumunda kümelenirken, fermiyonlar Pauli dışlama ilkesine uyar; bu da iki fermiyonun aynı durumu paylaşamayacağı anlamına gelir. Parçacıklar yüksek hızlarda uçarken, oda sıcaklığında bunun pek bir önemi yoktur. Ancak bu parçacıkları mutlak sıfıra yakın bir sıcaklığa kadar soğutunca fark çok büyük hale gelir: bozonlar mümkün olan en düşük enerji durumuna yığılırken, fermiyonlar bir durum “merdiveni”nde birbirlerinin üzerine yığılırlar. Bu kadar düşük sıcaklıklarda, bir fermiyon topluluğu, bir bozon topluluğundan çok daha fazla enerjiye sahip olacaktır.

Widera şöyle diyor: "Sınıfta öğrenciyken ve Pauli ilkesiyle ne kadar muazzam enerjilerin bağlantılı olduğunu gördüğümde, 'bunu kullanabilir misin?' diye merak ediyordum.

O zamanlar yanıt “hayır”dı. Düşük sıcaklıklarda bozonlar ve fermiyonlar arasındaki enerji farkı çok büyük olmasına rağmen, bir dizi parçacığın bozonik davranıştan fermiyonik davranışa geçmesi ulaşılamaz bir şeydi. Daha sonra, 2000'li yılların başında fizikçiler, fermiyon atomlarından oluşan gaz bulutunu mutlak sıfırın hemen üstüne kadar soğuturlarsa ve ardından onları çevreleyen manyetik alanı ayarlarlarsa, atomları bozonik moleküller halinde eşleşmeye zorlayabileceklerini keşfettiler. Widera, "Birdenbire kuantum istatistiklerini gerçekten değiştirecek bir araca sahip oluyorsunuz" diyor.

Bir kuantum Pauli motoru

Widera ve işbirlikçilerinin geliştirdiği kuantum Pauli motoru olarak adlandırılan motor, bu bozon-fermiyon geçişine dayanıyor ve normal piston tabanlı bir motora benzer şekilde çalışıyor. Aradaki fark, ateşleme ve ısının pistonu dışarı itmesi yerine, itici gücün gazın temel kuantum doğasındaki değişim olmasıdır.

Ekip, motoru gerçekleştirmek için fermiyonik lityum-6 atomlarından oluşan bir gazı soğuttu ve bunları birleşik bir optik ve manyetik tuzakta hapsetti. Daha sonra fermiyonik atomlar bozonik moleküllerle eşleşinceye kadar manyetik alanı ayarladılar. Motorun çalışması, pistonlu motorun dört strokuna benzer dört aşamalı bir işlemdi: bir sıkıştırma adımı (pistonun kapatılması), bir “fermiyonizasyon” adımı (ateşleme yerine), bir genişleme adımı (pistonu itmek yerine) dışarı) ve “bosonizasyon” (başlangıç ​​noktasına geri dönme).

Bu motorun verimliliği, birinci (sıkıştırma) adımdaki gazın enerji değişimi ile üçüncü (genleşme) adımdaki enerji artışı arasındaki farkla belirlenir. Bu deneyde araştırmacılar maksimum %25 verimlilik elde etti ancak ekip, daha fazla iyileştirmenin bu rakamı %50'nin üzerine çıkarabileceğini söylüyor. Bu sayıya, atomları soğutmak ve onları tuzağa düşürmek için kullanılan aparatı çalıştırmak için gereken enerji dahil değildir. Ancak doğrudan gaza verilen işi ve ondan çıkarılabilecek işi yansıtıyor.

Gücün çıkarılması: devam eden bir çalışma

Motorun bu versiyonunda, atom veya molekül gazını hapseden tuzak itilerek açılamadığından "piston" etkili bir şekilde kaynakla kapatılmıştır. Bu, motorun aslında dış dünya üzerinde çalışmadığı anlamına gelir. Bunun yerine, hesaplanan çalışma ve verimlilik, prensipte nasıl performans gösterebileceğini yansıtıyor; ancak ekip, pratik mekanik işler yapmasını sağlamanın bir yolunu bulmaya çalışıyor.

Fizikçiler kuantum fazlı pil yaratıyor

Her ne kadar bu bir kavram kanıtlama gösterisi olsa da, Ferdinand Schmidt-Kaler, Almanya'nın Mainz kentindeki Johannes Gutenberg Üniversitesi'nden bu çalışmaya dahil olmayan bir fizikçi, bunun önemli bir adım olduğuna inanıyor. "Isı motorlarındaki kuantum etkilerini göstermek ve incelemek için bu tür temiz vitrin deneylerine ihtiyacımız var" diyor Fizik dünyası. "Bunun gibi çalışmalar hem yeni deneysel yönelimleri hem de daha iyi bir teorik anlayışı teşvik ediyor. Öte yandan, kuantum termodinamiğinin 10 yıldan daha kısa bir süre içinde her kuantum bilgisayarında ve birçok kuantum sensöründe temel bir bileşen olacağından oldukça eminim.”

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/no-heat-quantum-engine-makes-its-debut/