Изобретен квантовый двигатель: ученые заставили элементарные частицы крутить колесо

Ученые создали уникальную систему, которая использует принципы квантовой механики для механической работы. Физики из Германии и Японии разработали своеобразные «квантовые двигатели», основанные на использовании охлажденных до абсолютного нуля фермионов и бозонов. Эти двигатели способны эффективно преобразовывать энергию частиц в механическую работу.

Квантовый двигатель

Основой для работы этих квантовых двигателей являются циклические превращения фермионов в бозоны и обратно. Фермионы — это частицы с дробным спином, такие как электроны и протоны, а бозоны — частицы с целым спином, такие как фотоны и атомы с четным числом протонов. Ученые обнаружили, что при охлаждении до близких к абсолютному нулю температур, бозоны всегда обладают более низкой энергией, чем фермионы. Это позволяет использовать циклические превращения фермионов в бозоны и обратно для «» энергии и приведения в движение квантовых двигателей.

Литий-6

Ученые создали прототип такого квантового двигателя, используя газообразное облако атомов лития-6. При помощи специальной ловушки, атомы вещества были вытянуты в двумерную линию. В состоянии покоя, атомы лития-6 являются фермионами, но их слияние в молекулы превращает их в бозоны. Периодические переключения между этими состояниями при помощи магнитных полей приводят к сжатию и расширению линии атомов лития-6, подобно поршню внутри двигателей. Это превращение энергии в механическую работу достигает КПД до 25%, что является высоким уровнем по сравнению с тепловыми двигателями.

Физики надеются, что дополнительное повышение степени сжатия облака из атомов может привести к повышению КПД квантового двигателя до 50%. Это открывает возможности для создания миниатюрных механических устройств, передачи энергии и холодильных систем, которые полностью основаны на законах микромира и не зависят от внешних источников тепла и других форм энергии.