Квантовата механика е една от най-изненадващите и загадъчни области на

Квантовата механика е една от най-изненадващите и загадъчни области на физиката. Тя учи държанието на частиците в най-малките мащаби, където нормалните естествени закони губят своята мощ. Квантовата механика открива нови благоприятни условия за основаване и потребление на квантовите технологии. Една от тези технологии е квантов мотор, който може да работи въз основата на свръхстуден облак от атоми. Тук ще обърнем внимание върху един нов опит, извършен от група учени от Германия и Швейцария, които съумяха да основат и задействат подобен мотор.

Квантовият мотор, задвижван от свръхстуден облак от атоми, може да бъде източник на сила за други квантови технологии. Този мотор употребява непрекъснатата смяна на фундаменталната квантова природа на частиците, от които е формиран. Това го отличава от съществуващите устройства, които работят въз основата на класическите правила.

Всички известни частици могат да се разделят на две категории: фермиони и бозони, които имат друг спин. Поведението им в огромни групи зависи от това към коя категория принадлежат. Фермионите са частици, които не могат да заемат едно и също квантово положение. Примери за фермиони са електроните, протоните и неутроните. Бозоните са частици, които могат да съществуват в едно и също квантово положение. Примери за бозони са фотоните, глуоните и мезоните.

Разликата сред тези два типа частици е изключително забележима при доста ниски температури. При тези условия частиците демонстрират свойствата на свръхпроводимост или свръхфлуидност. Свръхпроводимостта е събитие, при което даден материал изцяло губи съпротивлението си към електрическия ток. Свръхфлуидността е събитие, при което течността тече без каквото и да било търкане.

Екип от учени от университета Кайзерслаутерн-Ландау в Германия, управителен от професор Артур Видер взаимно с физика-теоретик Одед Силберберг, е разкрил метод за основаване на мотор от набор от атоми, като ги кара да се държат или като бозони, или като фермиони.

За задачата са употребявани няколкостотин хиляди литиеви атома, охладени до температура, която е на части от градуса от безспорната нула. Под въздействието на деликатно настроени магнитни полета литиевите атоми се държат първо като група фермиони, само че откакто образуват двойки, сходни на молекули, стартират да се държат като група бозони.

Учените стартират с набирането на бозонни двойки атоми. Те първо ги компресират, а по-късно ги трансформират в цялост от фермиони, което усилва груповата им сила. След това Видера и сътрудниците му разрешили на атомите да се разширят. Те също по този начин трансформирали магнитните полета, с цел да реконструират атомните двойки и да ги върнат в бозонно положение – което понижило общата им сила.

По този метод учените употребяват атомите като „ работната среда “ в стандартните мотори, където работата се извлича посредством повтарящ се цикъл на компресия и разширение на средата. Понастоящем квантовият мотор, основан на свръхстудени атоми, има успеваемост от към 25%, само че Видера споделя, че учените могат да я подобрят.

„ Не че желаеме да караме идващия Mercedes Benz с квантов мотор, само че за първи път показахме, че е допустимо да се задейства мотор, употребявайки чисто квантова форма на сила “, споделя той.

Себастиан Дефнер от Университета на Мериленд, окръг Балтимор, отбелязва, че разликата сред фермионите и бозоните е квантово свойство, което не може да се употребява в стандартните коли, като по този метод новият мотор се разграничава от всички досегашни устройства. Тази разлика го трансформира в същински квантов запас и следва да забележим дали може да бъде употребен по софтуерно преференциален метод, споделя още той.

Ако съумеят да се трансфорат в по-практични, квантовите мотори вероятно биха могли да се употребяват за зареждане на други устройства, като да вземем за пример квантови акумулатори, споделя Габриеле Де Киара от Кралския университет в Белфаст, Англия. Той споделя, че те биха могли да се употребяват и „ в противоположна посока “ за изстудяване на устройства като квантовите компютри, които са известни с това, че вършат повече неточности при повишение на температурата.

Казано по опростено

Тази технология работи въз основата на квантовия преход сред два типа частици: фермиони и бозони. Фермионите са частици, които не могат да заемат едно и също квантово положение, а бозоните са частици, които могат. Това значи, че фермионите имат повече евентуална сила от бозоните, заемащи същия размер.

Учените употребяват литиеви атоми, които могат да се трансформират от единия тип в другия благодарение на магнитни полета. Когато литиевите атоми образуват двойки, те се трансформират в бозони, а когато се разделят, стават фермиони. Това разрешава на учените да трансформират силата на атомите според от това какъв вид частици съставляват.

За да основат мотора, учените са следвали следните стъпки:

Компресират облак от бозонни двойки литиеви атоми, като понижават размера му. Преобразуват бозоните във фермиони благодарение на магнитни полета, като усилват тяхната сила. Разширяват облака от фермиони, като усилват размера му.
Превръщат фермионите назад в бозони благодарение на магнитни полета, като по този метод понижават тяхната сила.

Този цикъл се повтаря неведнъж и всякога част от силата се освобождава като работа. Тази работа може да се употребява за зареждане или изстудяване на други квантови устройства. По този метод квантовият мотор трансформира квантовото свойство на частиците в потребна сила.

Квантовият преход

Квантовият преход е събитие, при което квантова система, да вземем за пример атом, молекула или атомно ядро, трансформира положението си от едно енергийно равнище в друго. Това става по скокообразен метод, т.е. без междинни положения. Квантовият преход може да бъде съпроводен от лъчение или усвояване на фотони, т.е. кванти светлина. Квантовият преход се разграничава от класическия фазов преход, който настава при смяна на температурата или налягането и включва топлинни флуктуации. Квантовият преход може да настъпи при нулева температура и зависи единствено от външни параметри, като да вземем за пример магнитно поле или налягане. Квантовите преходи са значими за квантовата механика, квантовата химия, квантовата оптика и квантовите технологии.