นักฟิสิกส์สร้างเครื่องยนต์ Super Tiny ที่ขับเคลื่อนด้วยอะตอมแคลเซียมเดียว

$config[ads_kvadrat] not found

เวก้าผับ ฉบับพิเศษ

เวก้าผับ ฉบับพิเศษ
Anonim

นักฟิสิกส์ได้พัฒนาเครื่องมือที่คุณมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า

ในบทความที่ตีพิมพ์ในวารสารในวันนี้ วิทยาศาสตร์ ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยไมนซ์และมหาวิทยาลัยคาสเซิลในเยอรมนีได้สร้างระบบแม่เหล็กไฟฟ้าที่ดักจับอะตอมของแคลเซียม -40 ที่มีประจุหนึ่งก้อนและแกว่งไปมาสร้างพลังงานเช่นเดียวกับรถจักรไอน้ำและเครื่องยนต์รถยนต์ และเนื่องจากสภาพเชิงกลควอนตัมของเครื่องยนต์ขนาดเล็กนี้นักฟิสิกส์เชื่อว่าระบบทำงานในระดับเดียวกันและอาจมีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องยนต์รถยนต์ทั่วไป

“ มีคำอธิบายเชิงทฤษฎีและการตรวจสอบคุณสมบัติควอนตัมของเครื่องยนต์มากมายตั้งแต่ปลายยุค 50” นักวิจัยนำและนักฟิสิกส์เชิงทดลองที่มหาวิทยาลัยไมนซ์โยฮันเนสโรส์เนเกลบอก ผกผัน “ เราได้แสดงให้เห็นแล้วว่าเป็นไปได้”

Roßnagelและทีมของเขาเริ่มดำเนินการโครงการเมื่อสี่ปีก่อนเมื่อพวกเขาต้องการสำรวจผลกระทบเชิงควอนตัมในอุณหพลศาสตร์และคิดว่าวิธีที่ดีที่สุดในการทดลองคือการสร้างเครื่องยนต์ พวกเขาต้องสร้างทุกอย่างตั้งแต่เริ่มต้นด้วยงบประมาณเพียงไม่กี่ร้อยยูโรเขากล่าว พวกเขาต้องสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนบุคคลและระบบที่สามารถควบคุมไอออนในระดับที่แม่นยำมาก พวกเขาใช้เวลาตลอดทั้งปีในการพัฒนาเทคนิคเพื่อให้ได้การวัดอุณหภูมิ - วิธีการทั่วไปนั้นช้าเกินไปหรือไม่ถูกต้องสำหรับเครื่องยนต์

สิ่งที่พวกเขาลงเอยด้วยคือกับดักไอออนไอออนขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางแปดมม. และสี่มม. ที่มีแผ่นทองและอิเล็กโทรดที่แยกอะตอมอะตอมแคลเซียมโลน (แต่อะตอมที่มีประจุใด ๆ สามารถทำงานได้) ภายในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า เลเซอร์สองอันชี้ไปที่ปลายด้านหนึ่งของกับดักความร้อนหนึ่งอะตอมและอีกส่วนหนึ่งทำให้เย็นลง ความผันผวนของอุณหภูมินี้ทำให้อิออนสร้างการสั่นของฮาร์มอนิกที่เพิ่มมากขึ้นเช่นคลื่นเสียง มันเป็นความคิดเดียวกันกับเครื่องยนต์ระบายความร้อนขนาดใหญ่ที่ใช้ก๊าซหรือของเหลวในการสร้างงานทางกลยกเว้นในกรณีนี้มีเพียงอนุภาคเดียวRoßnagelอธิบาย

ในขณะที่เครื่องยนต์อะตอมเดี่ยวสามารถผลิตได้ 10-22 วัตต์ แต่จริงๆแล้วเปรียบได้กับเครื่องยนต์รถยนต์Roßnagelกล่าว หากคุณคำนวณปริมาณพลังงานของอนุภาคก๊าซแต่ละชนิดในเครื่องยนต์รถยนต์โดยเฉลี่ยพลังของมอเตอร์จะอยู่ในระดับเดียวกันกับเครื่องยนต์อะตอมเดี่ยว

“ สิ่งนี้น่าประหลาดใจมากสำหรับเรา” Roßnagelกล่าว "ซึ่งหมายความว่าเมื่อคุณปรับขนาดระบบดังกล่าวลงไปเป็นอนุภาคเดียวระบบยังคงทำงานในระดับเดียวกับเครื่องยนต์ที่มีขนาดเล็กมาก"

เขาและเพื่อนร่วมงานของเขาเชื่อว่าประสิทธิภาพระดับนี้เกิดจากควอนตัมเอฟเฟ็กต์คุณสมบัติพิเศษที่สามารถสร้างขึ้นได้โดยผ่านอะตอมและอนุภาคเดี่ยวเท่านั้น Roßnagelอธิบายว่าผลควอนตัมทางอุณหพลศาสตร์จะทำให้เครื่องยนต์ไม่ต้องพึ่งพาอุณหภูมิเป็นแหล่งพลังงานเพียงอย่างเดียวและคุณสมบัติควอนตัมของเครื่องยนต์อะตอมเดี่ยวมีศักยภาพในการสร้างพลังงานได้มากกว่าเครื่องยนต์ระบายความร้อน อย่างไรก็ตามนักฟิสิกส์ภายนอกก็ไม่แน่ใจ

“ ฉันจะไม่ยอมรับประสิทธิภาพนี้มาจากความแปลกประหลาดของกลศาสตร์ควอนตัม” Hartmut Häffnerนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียเบิร์กลีย์ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการทดลองบอก ในปี 2014 เมื่อRoßnagelเขียนบทความข้อเสนอเกี่ยวกับเครื่องยนต์ Häffnerกล่าวเสริมว่าเครื่องยนต์อะตอมเดี่ยวที่มีศักยภาพนั้น“ น่าสนใจและได้รับการอธิบายอย่างดีมาก กำลังพยายามผลักดันขอบเขตของสิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับอุณหพลศาสตร์เข้าสู่ระบอบการปกครองใหม่”

เครื่องยนต์เดี่ยวอะตอมRoßnagelและทีมของเขาสร้างเป็นเครื่องยนต์ที่เล็กที่สุดที่เขารู้ว่ามีอยู่ในปัจจุบัน ถึงกระนั้นมีความเป็นไปได้ที่จะสร้างชิ้นส่วนที่เล็กกว่าด้วยอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว แต่เขาไม่เชื่อว่ามีความสนใจในการทำสิ่งใดสิ่งหนึ่ง “ เรามีอนุภาคเดี่ยวที่ทำงานอยู่ในเครื่องยนต์และไม่ว่าจะเป็นแคลเซียมอะตอมหรืออิเล็กตรอนจากมุมมองการวิจัยของเรามันไม่ได้สร้างความแตกต่าง”

ถัดไปRoßnagelต้องการสร้างตู้เย็นขนาดเล็กด้วยเทคโนโลยี ด้วยการหมุนวัฏจักรเทอร์โมไดนามิกไปรอบ ๆ เครื่องยนต์อะตอมเดี่ยวจะทำงานเหมือนกับตู้เย็นเขาอธิบาย ระบบจะสร้างความแตกต่างของอุณหภูมิสร้างด้านที่ได้รับความร้อนและด้านที่เย็น - เช่นอุปกรณ์เก็บอาหารของเรา ในอนาคตอันใกล้นี้เขายังสามารถเห็นเครื่องยนต์ระดับนาโนเหล่านี้ปรับปรุงชิปและทรานซิสเตอร์อะตอมเดี่ยว

“ ความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานเป็นปัญหาใหญ่หลวงสำหรับ อุตสาหกรรมชิป ฉันคิดว่าการมีระบบระบายความร้อนเพิ่มเติมในมือจะเป็นประโยชน์อย่างมาก” เขากล่าว

Roßnagelเชื่อว่า“ สิ่งนี้จะออกมาเป็นแอพพลิเคชั่นที่ดีกว่าในบางวัน”

$config[ads_kvadrat] not found