ELS F Unit Returns to Crivitz WI
Els físics han desenvolupat un motor que no es pot veure a simple vista.
En un article publicat avui a la revista Ciència, l’equip d’investigació de la Universitat de Mainz i la Universitat de Kassel a Alemanya van crear un sistema electromagnètic que atrapa un únic àtom carregat de Calci-40 i el oscil·la, creant energia igual que els motors de locomotora i de cotxes. I a causa de la condició mecànica quàntica d'aquest petit motor, els físics creuen que el sistema funciona al mateix nivell i fins i tot pot ser més eficient que el motor de cotxe mitjà.
"Hi ha hagut moltes explicacions teòriques i investigacions en propietats quàntiques dels motors des de finals dels anys 50", explica Johannes Roßnagel, investigador principal i físic experimental de la Universitat de Mainz. Invers. "Ara hem demostrat que és possible".
Roßnagel i el seu equip van iniciar el projecte fa quatre anys quan volien explorar els efectes quàntics en la termodinàmica, i van pensar que la millor manera d'experimentar seria crear un motor. Va haver de construir tot des de zero en un petit pressupost d'uns pocs centenars d'euros, diu. Havien de construir electrònica personalitzada i un sistema que pogués controlar l’ió a un nivell molt precís. Els va dur un any sencer només per desenvolupar la tècnica per obtenir mesures de temperatura: els mètodes comuns eren massa lents o inexactes per al seu motor.
El que va acabar va ser amb una trampa ió de vuit mil·límetres de llarg i quatre mil·límetres de diàmetre amb plaques d'or i elèctrodes que van capturar l'àtom de calci solitari (però qualsevol àtom carregat podia fer la feina) dins d'un camp electromagnètic. Dos làsers apunten als extrems de la trampa, un escalfant l'àtom i l'altre refredant-lo. Aquesta fluctuació de la temperatura condueix a l'ió a crear una oscil·lació harmònica cada vegada més gran, com una ona sonora. És la mateixa idea que els motors tèrmics més grans que es basen en el gas o els líquids per generar treballs mecànics, excepte en aquest cas només hi ha una partícula, explica Roßnagel.
Tot i que el motor d'un sol àtom només pot produir 10-22 watts, però és realment comparable a un motor de cotxe, diu Roßnagel. Si calculeu la quantitat d’energia de les partícules de gasos individuals en el motor mitjà del cotxe, la potència del motor està en el mateix ordre de magnitud que el motor d’un sol àtom.
"Això va ser molt sorprenent per a nosaltres", diu Roßnagel. "Això vol dir que quan s'escala un sistema fins a una sola partícula, continua actuant al mateix nivell que els motors macroscòpics".
Ell i els seus companys creuen que aquest nivell d’eficiència es deu a efectes quàntics, propietats úniques que només es poden generar a través d’atomes i partícules individuals. Roßnagel explica que els efectes quàntics termodinàmics ho farien perquè els motors no tinguin que dependre de la temperatura com a única font d'energia i que les propietats quàntiques d'un motor d'un àtom tinguin el potencial de generar encara més potència que un motor tèrmic. Tanmateix, els físics externs no són tan segurs.
"No acceptaria aquesta eficiència només de" la raresa de la mecànica quàntica ", va dir Hartmut Häffner, físic teòric de la Universitat de Califòrnia, Berkeley, que no va estar involucrat en l'experiment. el 2014, quan Roßnagel va escriure una proposta sobre el motor. Häffner afegeix que el propi motor d'un sol àtom "és molt interessant i molt ben descrit. Es tracta d’impulsar els límits del que sabem de la termodinàmica en un nou règim ”.
El motor d'un sol àtom Roßnagel i el seu equip construït és el motor més petit que coneix avui en dia. No obstant això, hi ha la possibilitat de crear fins i tot més petits amb un sol electró, però no creu que hi hagi cap interès en fer-ne una. "Tenim una sola partícula que funciona al motor i, si es tracta d'un àtom de calci o d'un electró, des del punt de vista de la nostra investigació, no fa cap diferència".
A continuació, Roßnagel vol construir petits refrigeradors amb la tecnologia. En girar el cicle termodinàmic al voltant, el motor d'un sol àtom funcionaria exactament igual que un refrigerador, explica. El sistema genera una diferència de temperatura, creant un costat escalfat i un costat refredat, com els nostres aparells d’emmagatzematge de menjar. En el futur llunyà, també pot veure aquests motors a nanoescala millorant xips i transistors d'un sol àtom.
"La calor que es produeix durant una operació és un problema enorme per a la" indústria de xips ". Crec que disposar d’un sistema de refrigeració addicional seria molt útil ”, diu.
Independentment del que surt exactament del seu motor inicial d’un sol àtom, Roßnagel creu que "això pot trobar algunes aplicacions més importants algun dia".
Els astrofísics van fer un catàleg per resoldre el misteri de les ràdios ràpides
Els científics estan unint els seus caps, junt amb les seves teories i dades, per resoldre el misteri de les ràdios ràpides. Aquests breus i breus llampades de llum amb orígens desconeguts desconcerten els astrofísics. Les teories sobre el seu origen són la gamma, des dels forats negres a la matèria fosca fins als estrangers.
Els analgèsics: els científics van descobrir com desacoblar el dolor i el sofriment
Dos científics de la Universitat de Stanford creuen que la millor manera de combatre el dolor persistent és canviar el sentit del dolor. Mitjançant la identificació de cèl·lules que controlen les respostes emocionals al dolor, pensen que podem fer que el dolor se senti menys desagradable.
Aquest petit robot Stingray està alimentat per cèl·lules de cor de rata
Els investigadors han creat un robot d'inspiració biològica que realment incorpora elements orgànics: és una vareta mecànica alimentada per les cèl·lules del cor sensibles a la llum de les rates. En un estudi publicat el divendres a Science, els autors expliquen un avanç impressionant en enginyeria de teixits: quan les cèl·lules de rata es estimulen, ...