صمم فيزيائيون نظريون في جامعة ترينتي “الثالوث” بدبلن -وسط التكاتف العالمي- أصغر محرك بالعالم. ويعد -مكونا من أيون واحد من الكالسيوم- تقريبا أصغر بعشرة مليارات مرة من محرك السيارة.

يصف العمل الذي قامت به مجموعة QuSys للبروفيسور جون جولد في كلية الفيزياء في ترينيتي العلوم الكامنة وراء هذا المحرك الصغير إذ يشرح البحث الذي نشر اليوم في المجلة الدولية Physical Review Letters كيف تؤثر التقلبات العشوائية في عمل الأجهزة الميكروسكوبية. مستقبلاً، يمكن دمج هذه الأجهزة في تقنيات أخرى من أجل إعادة تدوير حرارة النفايات وبذلك تحسين كفاءة الطاقة.

يَشحن المحرك -أيون كالسيوم واحد- كهربائياً ويمكن حصره باستخدام المجالات الكهربائية. ويعتمد المبدأ العلمي للمحرك على الحركة الدورانية الجوهرية للأيون أي”زخمها الزاوي”. وتعتمد هذه الحركة على تحويل الحرارة الممتصة من أشعة الليزر إلى ذبذبات واهتزازات للأيون.

وتنتهج هذه الإهتزازات نهج دولاب الموازنة “الحدافة” ، التي تمتص الطاقة المفيدة المتولدة من المحرك، وتخزن هذه الطاقة في صورة وحدات تسمى”الكوانتا” وِفقاً لميكانيكا الكم.

قال الدكتور مارك ميتشيسون من مجموعة QuSys في ترينيتي وأحد المؤلفين المشاركين في المقال:

“تتيح لنا هذه الحدافة ولأول مرة القياس فعليًّا ًخارج الطاقة من هذا المحرك الذري متغلباً على مفهوم وحدة الطاقة. 

بدءاً من تشغيل الحدافة من السكون –أو بشكل أدق من “حالة الأرض”(أقل كمية طاقة في ميكانيكا الكم)-لاحظ الفريق أن هذا المحرك الصغير يجبر الحدافة على التحرك أسرع فأسرع. بشكل حاسم،من خلال حالة الأيون في التجربة. مما سمح للفيزيائيين بإجراء تقييم دقيق لعملية ترسب الطاقة.

وقد صرح أستاذ مساعد في الفيزياء في ترينيتي ، جون جولد:” تستهل هذه التجربة والنظرية عصراً جديداً للبحث والاستقصاء في علم الطاقة القائم على نظرية الكم ، وهو موضوع في صميم أبحاث مجموعتنا. وتعدُّ إدارة الحرارة على النطاق النانوي من العوائق الأساسية لعملية الدراسة السريعة والأكثر فعالية.وإن لمفهوم كيفية تطبيق الديناميكا الحرارية في مثل هذه الظروف المجهرية أهمية قصوى للتقنيات المستقبلية”

لقد تم إجراء التجربة الرائدة من قبل مجموعة أبحاث بقيادة البروفيسور فرديناند شميدت كالر والدكتور أولريش بوشنجر من جامعة يوهانس غوتنبرغ في ماينز،ألمانيا..

المصدر

  • ترجمة: أحمد المحلاوي
  • مراجعة: نديم الظاهر
  • تدقيق لغوي: سماء مرعي