أخبار:فيزيائيون يتمكنون من خلق محرك أصغرعشرة مليار من محرك السيارة

فيزيائيون يتمكنون من خلق أصغر محرك في العالم، في حجم ذرة أيون كالسيوم، وأصغرعشرة مليار مرة من حجم محرك السيارة.

في سبتمبر 2019، تمكنت مجموعة من الفيزيائين النظريين من كلية ترينتي في دبلن، ضمن تعاون دولي من بناء أصغر محرك في العالم بحجم ذرة آيون الكالسيوم، أصغرعشرة مليار مرة من حجم محرك السيارة. العمل الذي تم القيام به بواسطة مجموعة الأستاذ جون گولد للأنظمة الكمية في مدرسة الفيزياء بكلية ترينتى يشرح الفيزياء وراء المحرك الصغير جداً. تم نشر البحث في مجلة فيزيكال رڤيولترز في 21 أغسطس 2019، ويشرح كيف من الممكن أن تؤثر التقلبات العشوائية في تشغيل الآت الميكروسكوبية. في المستقبل، من الممكن دمج هذه الأجهزة مع تقنيات أخرى من أجل إعادة تدوير الحرارة المفقودة وبالتالي زيادة كفاءة الطاقة.

إن المحرك ذاته – وهوتعبير عن آيون كالسيوم واحد - مشحون كهربياً مما يجعل إحتواءه باستخدام المجالات الكهربائية أمراً سهلاً. إذا مادة عمل هذا المحرك هي "اللف المغزلي الجوهري intrinsic spin" (زخمه الزاويّ). يُستخدم هذا اللّف المغزلي لتحويل الحرارة الممتصة من حزمة الليزر إلى ذبذبات أواهتزازات للأيون المحبوس في المجال الكهربائي. تعمل هذه الاهتزازات "كدولاب" يحتفظ بالطاقة المفيدة المتولدة من المحرك. تُخزن هذه الطاقة في وحدات منفصلة تسمى "كوانتا quanta،" التي تتنباً بها ميكانيكا الكم. نطق الدكتور مارك ميتشيسون من مجموعة الأنظمة الكمية كيوسيس في كلية ترينتي وأحد المؤلفين المشاركين فى البحث: " يُمكننا الدولاب من قياس القدرة الناتجة من المحرك على مقياسٍ ذرّي، مما يمكننا من حلّ كوانتا واحدة من الطاقة لأول مرة." رصد الفريق عند بدء تشغيل الدولاب من السكون - أولنكون أكثر دقة، من المستوى الأرضيِّ ground state ( أقل مستويات الطاقة في الفيزياء الكمية) - أنّ المحرك الصغير يجبر الدولاب على اللّف أسرع أكثر فأكثر. بشكلٍ حاسم، كانت حالة الأيون متاحة فى التجربة، مما جاز للفيزيائين بتقدير الطاقة بدقة فى عملية إيداع الطاقة. نطق الأستاذ المساعد بكلية ترينتى جون گولد: " إنّ هذه التجربة والنظرية تقودنا إلى حقبة جديدة من البحث فى تقنيات الطاقة المبنية على النظرية الكمّية، والذي هوالموضوع الرئيسيُّ فى مجموعتنا البحثية. إنّ التحكم فى الطاقة على مستوى نانويّ هوأحد المشاكل الأساسية نحوحوسبةٍ أسرع وأكثر كفاءة. إنّ فهم كيف من الممكن أن يمكن تطبيق الديناميكا الحرارية في هذه الأوضاع الميكروسكوبية هوشيءٌ أساسيّ لتقنيات المستقبل."