Учени от Кралския колеж в Лондон са създали микроскопичен двигател, поместен в миниатюрна частица, която е задържана в електрично поле.

Тази система достига температура 10 милиона келвина, което е около 110 милиона градуса по Целзий.

За сравнение, ядрото на Слънцето има температура около 15 милиона градуса, а короната му – до 1,9 милиона градуса.

По думите на изследователите това е не само най-горещият, но и най-малкият двигател, създаван някога от човека.

„Като разберем термодинамиката на този неинтуитивен мащаб, в бъдеще ще можем да създаваме по-съвършени двигатели и да провеждаме експерименти, които поставят под съмнение нашето разбиране за природата“, коментира Моли Месадж, докторант в Кралския колеж в Лондон.

Когато законите на физиката изглеждат странни

Двигателят работи в почти вакуумна установка, наречена капан на Паул (Paul trap).
Електроди задържат микрочастицата на място. Когато върху тях се подаде шумово напрежение, частицата започва да вибрира, а температурата ѝ се повишава експоненциално.

По думите на екипа, понякога двигателят произвежда повече енергия, отколкото получава.
В други случаи се самоохлажда, въпреки че условията би трябвало да го нагряват.

„Наблюдаваме странни термодинамични явления, които са естествени за бактерии или белтъци, но напълно неинтуитивни за нас, хората — големи буци месо“, обяснява Джеймс Милън.

Тези ефекти се дължат на изключително малките размери на системата, където действат закони на физиката, различни от тези в макросвета.

Мистериозни вибрации и микросветът

Малкият размер на двигателя го прави неподходящ за автомобили или домакински уреди. Но той е перфектен за моделиране на микроскопични процеси, като например сгъването на белтъци в организма – процес, който управлява метаболизма.

„Белтъците се сгъват за милисекунди, но атомите, които ги задвижват, го правят за наносекунди.
Компютрите трудно могат да симулират това. Наблюдавайки движението на микрочастицата и изграждайки уравнения от това, ние преодоляваме тези ограничения“, твърди Джонатан Притчет, съавтор на изследването.

Резултатите от експеримента показват как може директно да се изследва поведението на частиците на микрониво, където класическите закони на термодинамиката се държат по различен начин.

Устройството позволява да се моделират ефекти, които в макросвета остават само теория – като обмяна на енергия и топлина.

Бъдещи възможности

Екипът вижда огромен потенциал в този миниатюрен двигател за фундаментални изследвания на микросвета.

Той може да стане инструмент за изучаване на микромашини, нови материали и сложни процеси, които е трудно да се възпроизведат в обикновени лабораторни условия.

„Този двигател е само един пример за това как микроскопичната физика може да ни изненадва.
За да я разберем, са нужни нови инструменти и свеж поглед върху това как частиците се движат и взаимодействат на най-малкия мащаб“, убедени са изследователите.

Миниатюрната система показва, че микросветът се подчинява на собствени закони – енергията и температурата се държат различно, а познатите правила на термодинамиката стават относителни.