Os motores convencionais usam da termodinâmica para gerar trabalho, como quando um gás é aquecido, se expande e move um pistão. Mas agora, um grupo de pesquisadores conseguiu desenvolver um motor com sistema semelhante, mas ao invés de utilizar uma relação entre temperatura, pressão e volume, ele usa mecânica quântica.
Em um novo estudo, publicado recentemente na revista Nature, os cientistas utilizaram um gás capaz de transitar de férmions à bósons para criar esse motor quântico. A distinção entre essas duas categorias de partículas se baseia em seu momento angular intrínseco, também conhecido como spin: os férmions têm spins fracionários (1/2, 3/2), enquanto os bósons têm spins inteiros (0, 1, 2…).
Além disso, é aplicado o princípio de exclusão de Pauli, que estipula que dois férmions não podem ocupar o mesmo estado quântico, resultando em um afastamento entre eles. Os bósons, por outro lado, conseguem se agrupar, e quando resfriados, podem se transformar em um condensado de Bose-Einstein, um estado da matéria extremamente fria encontrada apenas ao nível quântico, que é como uma entidade única na mecânica quântica.
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Funcionamento do motor quântico
O funcionamento do motor quântico envolve o uso de átomos de lítio extremamente frios e a aplicação da técnica de ressonância de Feshbach, que os mantém no estado condensado de Bose-Einstein enquanto são empurrados para baixo por um pistão. À medida que os átomos frios se transformam em férmions, acabam se expandindo e empurrando o pistão.
Para transformar férmions em bósons, você pode pegar dois férmions e combiná-los em uma molécula. Esta nova molécula é um bóson. Dividir isso nos permite recuperar os férmions novamente. Ao fazer isso de forma cíclica, podemos alimentar o motor sem usar calor.
Thomas Busch, coautor do estudo, em comunicado
Um protótipo experimental desse motor foi construído na Alemanha, e sua eficiência atual é de 25%. Em comparação com os 40% de eficiência típica dos motores de automóveis, o motor quântico não é tão ruim. No entanto, espera-se que em modelos futuros, essa eficiência possa ser melhorada.
Ainda existem desafios na construção e aplicação desses motores quânticos, principalmente devido à grande quantidade de energia necessária para resfriar os átomos de lítio, exigindo assim mais pesquisas para aprimorar e tornar viável a implementação desse sistema.
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