Първият квантов двигател е тук и може да предизвика революция
В схематичен вид двигателят използва термодинамична промяна, за да произведе работа – когато горивото се запали, то се разширява и така избутва бутало. Сега изследователи успяха да разработят подобен вид двигател, но вместо да използва връзката между температура, налягане и обем, устройството използва квантовата механика.
Квантовият двигател все пак има „гориво“, което обаче се превръща от фермионно в бозонно. Фермионите и бозоните са начин да се разделят всички частици на две категории като разликата между тях идва от свойство, наречено спин. Фермиони са всички елементарни частици с т. нар. полуцял спин (1/2, 3/2…), докато бозоните са с цял спин (0, 1, 2, …).
Има и друга разлика, която е от значение за успешната работа двигателя: принципът на Паули, известен също като принцип на забраната. И той се отнася само за фермионите.
Принципът гласи, че няма два фермиона, които да заемат едно и също квантово състояние, което ги кара да се отдръпват един от друг. От друга страна, бозоните могат да се скупчат плътно един до друг и ако са охладени достатъчно, се превръщат в кондензат на Бозе-Айнщайн (също известно като пето състояние на материята).
В случая с квантовия двигател изследователите използват изключително студени литиеви атоми и подход, наречен Фешбах резонанс. Това позволява системата да се сведе до конденз, който има малък обем, в цилиндър с бутало; когато кондензът се превърне във фермионен газ, обемът му се разширява и изтласква буталото.
„За да превърнете фермионите в бозони, можете да вземете два фермиона и да ги комбинирате в молекула. Тази нова молекула е бозон. Разбиването ѝ ни позволява да извлечем отново фермионите. Като правим това циклично, можем да захраним двигателя, без да използваме топлина“, казва в изявление съавторът Томас Буш, ръководител на звеното за квантови системи в Института за наука и технологии в Окинава.
Негови сътрудници в Германия действително изграждат експериментална установка, за да проверят дали е възможно да се конструира такъв двигател. И се оказва, че е напълно възможно – тяхното устройство достига 25% ефективност. Това може да не е някакво невероятно число, но не е прекалено далеч от обикновения автомобилен двигател, който може да достигне 40%. В бъдеще, разбира се, ефективността може да бъде повишена.
„Въпреки че тези системи могат да бъдат високоефективни, ние направихме само показно за концепцията заедно с нашите сътрудници“, обясни съавторът Кирти Менон. „Все още има много предизвикателства при изграждането на полезен квантов двигател.“
За съжаление не трябва да очакваме скоро автомобил с квантов двигател. Системата трябва да се поддържа при много ниски температури, а това изисква много енергия. Изследователите още проучват как да подобрят машинката и обмислят потенциалните ѝ приложения.
