أقرب للخيال.. ابتكار محرك بحجم الذرة ويعمل عند 273 درجة تحت الصفر

منذ بداية العصر الصناعي، مثلت المحركات الحرارية الركيزة الأساسية التي بنيت عليها التكنولوجيا الحديثة.

بدءا من المحركات البخارية القديمة وصولا إلى محركات السيارات المعاصرة، تعتمد هذه الآلات على مبدأ كلاسيكي ثابت، وهو تحويل تدفق الحرارة بين مستودعين، أحدهما ساخن والآخر بارد، لإنتاج طاقة حركية.

ومع التقدم العلمي المذهل في مجال تكنولوجيا النانو، تطلع العلماء إلى تطبيق هذه المبادئ الفيزيائية على أصغر مقاييس الكون الممكنة، أي على مستوى الجسيمات الفردية التي تحكمها قوانين ميكانيكا الكم المختلفة.

وفي دراسة حديثة نشرت مؤخرا في دورية "نيتشر كوميونيكيشنز" ، نجح فريق من الباحثين من جامعة آلتو ومركز البحوث التقنية في فنلندا في تحقيق هذا الحلم.

فقد تمكن العلماء من بناء وتشغيل أول محرك حراري كمومي دوري متكامل باستخدام الدوائر الكمومية فائقة التوصيل.

يقول توماس أوسناكي، الباحث في مختبرات الحوسبة والأجهزة الكمومية في قسم الفيزياء التطبيقية في جامعة آلتو بفنلندا، والمؤلف الرئيسي للدراسة، في تصريحات حصرية للجزيرة نت: "المحرك الحراري الكمومي هو محرك متناهي الصغر، يحول التدفق الحراري الصغير بين مستودع دافئ وآخر بارد إلى شغل مفيد كالإشعاع الميكروي.

ولأن وسيط العمل يملك مستويات طاقة كمومية منفصلة، فإنه يوجه جزءا من التدفق الحراري إلى ناتج منظم، وهو ما يمثل خطوة نحو التحكم في البيئات الحرارية الكمومية".

لفهم طبيعة هذا المحرك المتناهي الصغر، يجب أولا فهم البيئة القاسية التي يعمل فيها.

هذا المحرك لا يعمل في درجات الحرارة العادية، بل يتم تبريده بالكامل داخل أجهزة تبريد خاصة متطورة للغاية تصل بالحرارة إلى مستوى قريب جدا من الصفر المطلق، وهي درجة حرارة تقترب من 273- درجة مئوية.

في هذا البرد القارس، تتوقف المواد فائقة التوصيل عن مقاومة التيار الكهربائي وتبدأ في إظهار سلوكيات كمومية غريبة ونقية، مما يتيح للعلماء التحكم التام في خصائصها دون أي تشويش خارجي قد يفسد التجربة.

في هذا المحرك الكمومي الصغير، تم استبدال الغاز المحبوس داخل أسطوانة محرك السيارة التقليدي ببت كمومي واحد، وهو ما يعرف بالكيوب…