研究者たちは、従来の内燃エンジンとはまったく異なる動作をする新しいエンジンを開発しました。しかし、この例も電気モーターとは何の関係もありません。代わりに、彼は量子力学のプロセスを使用します。
量子力学は古典的なエンジンを置き換える可能性がある
内燃機関の仕組みは非常に単純です。空気とガスの混合物は加熱されて爆発的に膨張します。これによりピストンが駆動され、車両が動き始めます。したがって、熱エネルギーは運動エネルギーに変換されます。電気モーターは、燃料の燃焼によって生じる熱エネルギーの代わりに電気エネルギーを使用します。これら 2 つのエンジンとその技術的詳細は根本的に異なりますが、エネルギー変換の考えに基づいています。
しかし、カイザースラウテルン・ランダウ大学のジェニファー・コッホ氏とそのチームは、まったく新しいものを考案しました。彼らは量子力学の法則を利用して、モーターが機械を駆動できるようにします。この量子モーターは、古典的な意味での燃料や電気を一切使用しません。その代わりに、素粒子の動きが推進力として利用されるとスペクトラム氏は説明する。
フェルミ粒子とボソンの性質
量子力学では、粒子にはフェルミ粒子とボソンというおおまかに 2 つのグループがあります。
フェルミ粒子は物質を構成する粒子です。それらには電子とクォークが含まれます。私たちは、電子が原子核の周りの殻に収まることを知っています。それらはフェルミオンに属するため、同じ量子状態を決してとらないという性質もあります。これはパウリ原理によってすでに科学的に説明されています。
一方、ボソンはまったく異なる働きをします。彼らは群れを成して集まり、「お互いの上に座るのが好き」です。ただし、それらは物質を形成するのではなく、エネルギーを放出する役割を果たします。よく知られているボソンは、たとえば、電気工学や核研究で知られている光子やグルーオンです。
放出されたエネルギーがエンジンを加熱します
興味深いことに、フェルミオンは実際にボソンになる可能性があります。あなたがしなければならないのは、それらを2つ接続することだけです。この遷移中、フェルミ粒子はエネルギー状態で「積み重なる」。量子力学のパウリ原理は、最終的には、2 つの粒子が同じ状態を持つことはできないと述べています。したがって、単純に次の上位を採用します。
研究者らは、ペアごとの結合によってこの原理を無効にしました。現在ボソンであるフェルミ粒子は、突然同じ状態、そして何よりもより低いエネルギー状態をとることができるようになりました。ジェニファー・コッホ氏のチームは、放出されたエネルギーをエンジンに利用できるようになりました。
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実験室用だが大量生産には適さない
研究者たちは、実験室での実験のために極限の条件を提供する必要がありました。量子力学を利用してエンジンを動作させるには、まずフェルミ粒子を摂氏マイナス273.15度まで冷却する必要がありました。移行完了後、研究者らは間違いなくマイルストーンを達成した。「こうして私たちは、量子エンジンの動作に使用できる燃料の点火に代わる量子力学的な代替手段を開発した」とコッホ氏は適切に言う。ただし、この機能を研究室の外で再現するのは困難です。
「現時点では、私たちの開発は特別なテスト条件下でのみ機能するため、具体的な応用にはまだ長い道のりです」と研究の共著者であるアーサー・ワイデラ氏はScience Information Serviceに語った。それにもかかわらず、専門家は楽観的です。これまでの結果は印象的です。今後の研究により、量子モーターが内燃機関や電気駆動装置に取って代わることができるかどうかが明らかになるはずです。
出典: Spektrum、科学情報サービス