Разработана модель атомного квантового двигателя

Немецкие теоретики из университета Аугсбурга предложили оригинальную модель двигателя, работающего на законах квантовой механики.

К двум атомам, помещенным в кольцеобразную оптическую решетку при очень низкой температуре, прикладывается специально подобранное внешнее переменное магнитное поле. Один из атомов, который ученые назвали "носителем", начинает свое движение по оптической решетке и через некоторое время выходит на постоянную скорость, второй атом играет роль "стартера" - благодаря взаимодействию с ним "носитель" начинает свое движение. Вся конструкция получила название квантового атомного двигателя.

Первый работающий электрический двигатель был сконструирован и продемонстрирован в 1827 году венгерским физиком Аньошом Йедликом. Совершенствование разнообразных технологических процессов приводит к миниатюризации разнообразных приборов, включая устройства по преобразованию электрической или магнитной энергии в механическую. Спустя почти 200 лет с момента создания первого электродвигателя их размеры достигли микрометрового рубежа и шагнули уже в нанометровую область.

А недавно физики-теоретики из Германии, предложили модель двигателя, обладающего микрометровыми размерами и работающего на законах квантовой механики. Двигатель представляет собой две взаимодействующих частицы - два атома, располагающихся в кольцеобразной оптической решетке и находящихся при очень низкой температуре. Оптическая решетка - это ловушка для таких ультрахолодных атомов (с температурой порядка милли- или микрокельвинов), создаваемая интерферирующими лазерными лучами.

Первый атом - "носитель", второй атом - "стартер". Изначально частицы не возбуждены и находятся на дне энергетической ямы решетки (на уровне с минимально возможным значением энергии). К оптической решетке прикладывается внешнее переменное во времени магнитное поле (управляющий сигнал), влияющее на "носитель" и не влияющее на "стартер". Запуск этого двигателя, в результате которого "носитель" начинает свое круговое движение в оптической решетке, осуществляется посредством взаимодействия с другой частицей - "стартером".

Наличие атома-"стартера" в таком устройстве необходимо для полноценной работы квантового двигателя. Если бы второй частицы не было, то атом-"носитель" не смог бы начать свое направленное движение по оптической решетке. То есть задача атома-"стартера" - инициировать запуск этого двигателя, дать ему старт. Собственно, отсюда и название второй частицы. Спустя некоторое время "носитель", уже под действием переменного сигнала в виде внешнего магнитного поля, выходит на пик своей мощности - скорость движения атома достигает максимума и в дальнейшем остается постоянной.

Теперь несколько слов об условиях эффективной работы такого квантового атомного двигателя. Теоретические изыскания немецких ученых показали, что внешнее переменное магнитное поле должно состоять из двух гармонических компонент с заданными амплитудами и с некоторым сдвигом фаз между ними. Этот сдвиг фазы между компонентами играет в работе двигателя ключевую роль - он позволяет управлять двигателем, то есть менять скорость и направление движения "носителя". Если бы использовался просто гармонический сигнал и магнитное поле изменялось во времени, например, по закону синуса, то "носитель" с равной вероятностью мог бы двигаться в оптической решетке по или против часовой стрелки, и регулировать направление и скорость его движения было бы невозможно.

Экспериментаторы уже успели отреагировать на опубликованную статью немецких теоретиков. Они считают, что поместить два отдельно взятых атома в такую кольцеобразную оптическую решетку технически, может, и реально, но очень сложно. Кроме того, неясно как извлечь полезную работу из такого двигателя. Так что неизвестно, будет ли реализован проект такого квантового атомного двигателя или он так и останется красивой моделью на бумаге у теоретиков.