Физики из Королевского колледжа Лондона создали микродвигатель, способный нагреваться до 10 млн кельвинов — это примерно в 7 раз больше, чем температура солнечного ядра.
В основе эксперимента — микроскопическая частица, удерживаемая в так называемой ловушке Пауля, где электрические поля стабилизируют ее положение. Когда на электроды подается шумовое напряжение, частица начинает колебаться и быстро нагревается. В результате температура достигает 10 млн К, что делает этот двигатель самым горячим и самым маленьким из когда-либо созданных.
«Поняв термодинамику на таком неинтуитивном уровне, мы сможем проектировать более совершенные двигатели и проводить эксперименты, которые бросают вызов нашему пониманию природы», — рассказала Молли Мессадж, аспирантка Королевского колледжа Лондона и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters.
Физики отмечают, что в таких масштабах привычные законы природы начинают вести себя странно: двигатель иногда вырабатывает больше энергии, чем получает, а порой самопроизвольно охлаждается. Эти эффекты связаны с тепловыми флуктуациями, которые становятся заметными только на микроскопическом уровне.
Хотя практического применения у такого двигателя нет, он идеально подходит для моделирования процессов на микроуровне — например, сворачивания белков, которые обеспечивают работу клеток.
«Белки складываются за миллисекунды, а движение их атомов занимает наносекунды. Из-за разницы во времени компьютеру очень сложно моделировать их. Просто наблюдая за движением микрочастицы [с помощью созданной системы. — Ред.] и рассчитывая на основе этого ряд уравнений, мы полностью избегаем этой проблемы», — пояснил соавтор работы Джонатан Притчетт.
Ученые считают, что их миниатюрная установка может стать моделью для изучения микроскопических машин и разработки новых материалов. Она показывает, что привычные нам законы термодинамики действуют не одинаково во всех масштабах, а микромир подчиняется собственным, куда менее традиционным правилам.
Ранее Наука Mail рассказывала о микроскопическом механическом двигателе, который помещается внутрь человеческого волоса.
