پژوهشگران ژاپنی و آلمانی موفق شده اند از قوانین مکانیک کوانتومی برای ساخت یک موتور کوانتومی کوچک استفاده کنند.
به گزارش ایسنا به نقل از آی ای، گروهی از پژوهشگران واحد سیستم های کوانتومی در مؤسسه علم و فناوری اوکیناوا (OIST) موفق شده اند به یک به ظاهر غیرممکن دست یابند و آن، ساخت یک موتور در ابعاد کوانتومی است. این موتور جدید با همکاري دانشمندان دانشگاه کایزرسلاترن- لانداو و دانشگاه اشتوتگارت از طریق قوانین خاصی که ذرات در قلمروی کوانتومی از آنها پیروی می کنند، کار می کند.
یک موتور معمولی خودرو، ترکیبی از سوخت و هوا را در یک محفظه مشتعل می کند و انفجار حاصل، گاز موجود در محفظه را گرم می کند و پیستون را به جلو و عقب حرکت می دهد و انرژی ایجاد می کند که موجب می شود چرخ های خودرو به حرکت درآیند. با این حال، دانشمندان در موتور کوانتومی جدید خود رویکرد متفاوتی را با تغییر خواص کوانتومی ذرات موجود در گاز به جای استفاده از گرما- بوزون ها یا فرمیون ها- انتخاب کرده اند.
هنگامی که دما بسیار پائین است و اثرات کوانتومی وارد می شوند ، بوزون ها نسبت به فرمیون ها حالت انرژی کمتری دارند. پژوهشگران توضیح می‌دهند که این تفاوت انرژی را میتوان برای بکار انداختن نوعی موتور اصلی مهار کرد. موتور کوانتومی به جای اتکا به گرمایش و خنک کردن چرخه ای گاز مانند موتورهای احتراقی کلاسیک، بوزون ها را به فرمیون ها تبدیل می کند و بالعکس.
پروفسور توماس بوش، سرپرست واحد سیستم های کوانتومی توضیح داد: برای تبدیل فرمیون ها به بوزون، می توانید دو فرمیون بگیرید و آن ها را به شکل یک مولکول ترکیب کنید. این مولکول جدید یک بوزون است که شکستن آن به ما امکان می دهد دوباره فرمیون ها را بازیابی کنیم. با انجام این کار به صورت چرخه ای می توانیم موتور را بدون استفاده از گرما نیرو دهیم.
این تیم دریافت در حالی که این موتور فقط در ابعاد کوانتومی کار می کند، با سیستم آزمایشی ساخته شده توسط پژوهشگران در آلمان میتواند تا ۲۵ درصد بازدهی داشته باشد.
این موتور جدید یک پیشرفت هیجان انگیز در مکانیک کوانتومی با پتانسیل پیشرفت در زمینه رشد سریع فناوری های کوانتومی است. با این حال، هنوز مشخص نیست که آیا این منجر به استفاده از مکانیک کوانتومی برای تامین انرژی چیزهایی مانند خودرو در آینده نزدیک خواهد شد یا خیر.
کرتی منون از پژوهشگران این پژوهش می گوید: در حالیکه این سیستم ها میتوانند بسیار کارآمد باشند، ما تنها با همکاران آزمایشی خود یک اثبات مفهوم را انجام داده ایم و هنوز چالش های زيادي در ساخت یک موتور کوانتومی مفید وجود دارد.
پژوهشگران برای حفظ حالت حساس کوانتومی باید دما را پایین نگه دارند، زیرا گرما میتواند به اثرات کوانتومی آسیب برساند. با این حال، برای انجام آزمایش ها در چنین دماهای پایینی به مقدار قابل توجهی انرژی نیاز است.
گام های بعدی در این پژوهش شامل پرداختن به سؤالات نظری اساسی در مورد عملکرد این سیستم، بهینه سازی عملکرد آن و بررسی قابلیت کاربرد بالقوه آن در سایر دستگاه های رایج مانند باتری ها و حسگرها خواهد بود.
این مطالعه در مجله Nature منتشر شده است.
- 17
- 5
