Motorul cuantic pe bază de litiu a fost inventat de cercetătorii germani. Industria auto se revoluționează și cu baterii cuantice

Postat la: 02.10.2023 |

Cercetătorii de la Universitatea Kaiserslautern-Landau din Germania au dezvoltat un prototip de motor cuantic. Dacă dezvoltarea sa va duce la o versiune viabilă din punct de vedere comercial, acesta ar putea servi drept bază pentru o nouă generație de dispozitive avansate de energie cuantică, inclusiv baterii cuantice.

Potrivit rezultatelor publicate de cercetătorii germani în revista Nature, este posibil din punct de vedere tehnic să se construiască un motor cuantic. Mecanismul unui astfel de sistem nu se bazează pe arderea combustibilului sau pe o reacție chimică, ci mai degrabă pe modificarea constantă a proprietăților cuantice ale particulelor din interior.

În cadrul unui experiment de testare a unui dispozitiv experimental, oamenii de știință au ales să folosească atomi de litiu. Eficiența sistemului este de 25%, ceea ce este relativ scăzută - pentru comparație, eficiența unui motor pe benzină modern este de aproximativ 36% (energia termică din combustibil transformată în energie mecanică) - dar ar putea fi îmbunătățită cu ajutorul unor cercetări suplimentare, spun autorii. Deși recunosc că motoarele cuantice, inclusiv modelul lor, sunt încă în stadiu experimental, ei insistă că, dacă sunt optimizate pentru cazuri practice specifice, ar putea permite rapid aplicații revoluționare.

În lumea cuantică, fiecare particulă este clasificată fie ca fermion, fie ca boson. Aceste două categorii sunt fundamentale și descriu tipuri foarte diferite de particule. Fermionii respectă principiul de excludere Pauli, care presupune că doi fermioni nu pot ocupa niciodată simultan exact aceeași stare cuantică. Mai mulți bosoni, pe de altă parte, pot ocupa simultan aceeași stare cuantică. Prin urmare, comportamentul colectiv al unui grup de particule depinde de clasificarea acestora ca fermioni sau bosoni.

Cercetătorii au găsit o modalitate de a manipula un set de atomi astfel încât aceștia să își schimbe comportamentul pentru a arăta alternativ ca bosoni și fermioni, într-un mod ciclic. Această alternanță controlată a fost exploatată pentru a alimenta motorul lor cuantic.

Experimentul implică temperaturi foarte scăzute, unde efectele termice sunt reduse. Prin urmare, cercetătorii au trebuit să răcească atomii de litiu la temperaturi apropiate de zero absolut. Această condiție asigură faptul că atomii de litiu se află într-o stare în care efectele cuantice sunt cele mai evidente și cele mai controlabile.

Apoi au folosit câmpuri magnetice pentru a influența comportamentul atomilor de litiu astfel încât aceștia să acționeze colectiv ca fermioni sau bosoni. Dar, înainte de a putea efectua aceste manipulări, au trebuit să facă atomii de litiu să formeze perechi. Aceste perechi moleculare sunt entitățile care sunt manipulate așa cum s-a descris mai sus.

Atomii de litiu au fost inițial pregătiți să acționeze ca bosoni. Prin intermediul câmpului magnetic, aceștia au fost comprimați, crescând astfel densitatea lor. Cercetătorii i-au influențat apoi să acționeze ca fermioni. Trecerea de la o stare bosonică la o stare fermionică crește energia colectivă a sistemului. În contextul unui motor, acest câștig de energie este crucial, deoarece această energie este cea care poate fi potențial exploatată.

Transformarea în pseudo fermioni a permis litiului să se dilate sau să se extindă. Odată dilatați și sub efectul câmpurilor magnetice, atomii au revenit la starea lor bosonică, ceea ce a avut ca efect reducerea energiei colective a sistemului. Cu alte cuvinte, un motor cuantic comprimă un gaz de bosoni și dilată un gaz de fermioni. Ciclul este similar cu cel al unui motor convențional (motor termic, de exemplu), în care combustibilul este comprimat și expandat în mod ciclic pentru a produce lucru mecanic.