İki fizik ekibi, mümkün olan azami verimlilikle çalışmak üzere tasarlanmış küçük makineler üretiyor. Termodinamiğe göre, ısı motorları (buhar motorları ve araba motorları dahil) olarak bilinen makinelerin verimliliğinin, ısıyı harekete veya diğer enerji türlerine dönüştüren en yüksek sınırı vardır (SN: 3/19/16, s. 18). Ancak gerçek dünya motorları asla maksimum verime ulaşmazlar ve çoğu zaman bunun altında çalışırlar, çünkü sürtünme enerjisini kaybederler.
Şimdi, kuantum deneyleri, özel olarak tasarlanmış kısayollar kullanarak sürtünmenin getirdiği sınırlamaları atlatmaktadır. Fizikçiler Adolfo del Campo ve Roberto Serra, 25 Haziran ve 28 Haziran tarihlerinde, Santa Barbara California Üniversitesi'nde bulunan Teoli Fizik için Kavli Enstitüsü'nün Kuantum Termodinamik toplantısında iki ayrı deneyi anlattılar.
Brezilya'nın Santo André eyaletindeki ABC Federal Üniversitesi'nden Serra, “bir çeşit kuantum yağlayıcı” diyor. Yağın standart bir motorda sürtünmeyi azaltabileceği gibi, bu kısayollar kuantum ölçeklerinde bulunan sürtünmeyi ortadan kaldırır.
Isı motorları bir dizi adımla bisiklete binerek çalışır. Örneğin, bir otomobil motorunun silindirleri yakıt ve hava girişi, sıkıştırma, yanma, genişleme ve egzoz serbest bırakılmasını içeren bir dizi yürütür.
Normalde sürtünmeyi önlemek için bu adımları çok yavaş çalıştırmanız gerekir. Böyle bir sınırlama, bir makinenin verimliliğini artıran, ancak belirli bir süre içinde aktarılan enerjinin miktarını azaltan bir ticarete yol açar. “Kısayollar fikri, aynı anda hem sahip olmaktır” diyor, Tokyo Üniversitesi'nden fizikçi Masahito Ueda, araştırmaya dahil değildi.
Del Campo ve arkadaşları, bir araba motorunun pistonunu andıran bir şekilde genişleyen ve büzüşen soğutulmuş lityum atomlarından oluşan bir buluttan oluşan basit bir sürtünmesiz motora doğru ilk adımları rapor ediyorlar. Sürtünmeyi önlemek için, araştırmacılar dikkatle bulutları kontrol ederek, önce yavaşça genişlemesine izin verdiler ve sonra tekrar yavaşlamadan önce hızlandılar. Teknik, sürtünmesiz çalışmayla sonuçlanırken, araştırmacılar 27 Nisan'da Science Advances dergisinde yayınlanan bir makalede bildirdiler.
Massachusetts Üniversitesi'nden del Campo, “Prensip olarak, bu sizin enerji kaynaklarınızdan en iyi şekilde yararlanmanızı sağlar” diyor. Motor döngüsünü tamamlamak için, del Campo ve meslektaşları, gelecekteki çalışmanın odaklanacağı bulutları ısıtmanın ve soğutmanın yollarını da bulmalıdır.
Kloroform moleküllerinde karbon çekirdeğinin enerji seviyelerine dayanan çok farklı teknolojiler kullanan Serra ve arkadaşları başka bir sürtünmesiz kuantum motoru yarattılar. Spin adı verilen bir kuantum özelliği sayesinde, çekirdekler manyetiktir. Manyetik bir alana yerleştirildiğinde, bu, karbon çekirdeği için iki olası enerji seviyesine yol açar - manyetik kutupun alanla hizalandığı ve ters yönde gösterdiği bir alan. Fiziksel bir genişleme ve daralma yerine, Serra ve meslektaşları enerji seviyeleri arasındaki ayrımı değiştiren manyetik alanı arttırdı ve azalttı.
Serra ve meslektaşları motoru çok hızlı çalıştırırsa, sürtünme verimliliğini sıfıra düşürdü. Ancak molekülerlere uygulanan manyetik alanların salınımlarını değiştirerek araştırmacılar sürtünmeyi ortadan kaldırdılar ve makine yaklaşık yüzde 40'lık bir optimum verim elde ettiler. Karşılaştırma yapmak için araba motorları tipik olarak yaklaşık yüzde 20 verimlilikte çalışır.
Kısayolların tasarlanması kolay değildir ve teknik sadece hassas bir şekilde kontrol edilebilen kuantum sistemleri için çalışır. Araştırmacılar, motorları herhangi bir yararlı süreç için kullanamıyorlar - herhangi bir uygulama gelecekte çok uzak. Ancak, bu tür bir teknoloji, örneğin, serin kuantum bilgisayarlarına, örneğin verimli minyatür buzdolapları yapmak için harcanabilir.
