Физики-экспериментаторы из Майнцского университета создали нанодвигатель, способный преобразовывать тепловую энергию в механическую. При этом размер двигателя чуть больше атома, а эффективность сравнима с эффективностью двигателя внутреннего сгорания в автомобиле.

Более того, двигатель, спаренный с одиночным атомом и заключённый в конус электромагнитного излучения и работает по принципу классических ДВС – четырёхтактный цикл, во время которого происходят расширение и охлаждение, сжатие и нагревание, как объясняет руководитель эксперимента Иоганн Росснагель [Johannes Ro?nagel].

Росснагель был тем, кто впервые предложил теоретическую основу для подобного двигателя в 2014 году. Сначала отдельный атом попадает в ловушку в виде конуса электромагнитного излучения, из которой он не может вырваться. Причём подойдёт практически любой атом – в конкретном эксперименте был использован кальций-40.

Затем два лазерных луча направляются на ЭМ конус. Лазер, светящий с острого конца, разогревает атом, а другой – охлаждает в процессе доплеровского охлаждения. В результате атом начинает передвигаться внутри конуса – в нагретом состоянии к широкому концу, в охлаждённом – к узкому. Процесс становится более выраженным, если настроить лазеры так, чтобы периоды охлаждения и нагревания совпадали с естественными осцилляциями атома.


Часть системы лазеров лабораторной установки

В результате осцилляции атома создают механическую энергию, которую теоретически можно собрать – например, размещённый с острого конца конуса ион будет собирать эту энергию, как маховик в двигателе автомобиля.

Физики отметили, что тот факт, что атом следует по сути тем же принципам, что и четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания, является очень странным. Подсчитав эффективность «двигателя» учёные получили 1,5 кВт на килограмм – цифру, сравнимую с ДВС автомобиля.

Росснагель в 2014 году также изложил соображения по поводу увеличения энергоотдачи нанодвигателя (которые пока не проверялись в эксперименте). Если во время движений атома заставить электромагнитный конус слегка расширяться и сужаться определённым образом, атом войдёт в квантовое состояние, известное под названием "сжатого", что в результате приведёт к повышению эффективности двигателя.



Правда, на наноробота такой двигатель не поставишь – если сам он имеет размеры чуть больше атомных, то установка, передающая ему энергию, занимает целую комнату. Но учёные и не ставили себе такой задачи – целью эксперимента являлось изучение возможностей тепловых двигателей и проверка теоретических выкладок. Возможность практического применения подобного двигателя пока остаётся под вопросом.