Diseñan el primer motor cuántico, formado sólo por dos átomos

http://sciencenow.sciencemag.org/cgi/content/full/2009/609/1

Podría transformar energía eléctrica en movimiento, según sus creadores

Un grupo de físicos de la Universidad de Augsburgo, en Alemania, ha diseñado un motor que está formado por sólo dos átomos ultra-fríos que se moverían atrapados dentro de un anillo de luz láser. Aunque todavía este motor existe únicamente como idea, los científicos aseguran que hoy día ya se podría fabricar. Por otro lado, su funcionamiento ha sido demostrado mediante complejos cálculos. Físicos y otros científicos señalan el interés de la idea, aunque aún quedan grandes cuestiones por resolver, entre ellas, las de su aplicación práctica

Motor cuántico atómico formado por dos átomos ultra-fríos atrapados en un entramado ótpico con forma de anillo. El átomo con la flecha estaría cargado magnéticamente. Fuente: Physical Review Letters.
El primer motor eléctrico de la historia fue creado hace cerca de dos siglos y, en las últimas décadas, científicos e ingenieros han trabajado para construir motores cada vez más pequeños.

Ahora, un equipo de físicos teóricos ha ideado una versión del clásico motor eléctrico giratorio… fabricada con tan sólo dos átomos.

Según se explica en la revista Science, este motor consistiría en un anillo de luz portador de dos átomos ultra-fríos. Sus creadores aseguran que la máquina cuántica podría fabricarse ya en la actualidad, incluso a pesar de que ni siquiera ellos pueden explicar del todo su funcionamiento.

Átomos atrapados en luz

A escala macroscópica, un motor eléctrico rotatorio es una máquina que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Estas máquinas se componen principalmente de dos partes: un estator o parte fija, que da soporte mecánico, y un rotor.

Los físicos Alexey Ponomarev, Peter Hänggi y Stanislav Denisov, de la Universidad de Augsburgo, en Alemania, han ideado el equivalente atómico o de mecánica cuántica de un motor de este tipo.

Su máquina consistiría en una serie de puntos de luz láser que formarían un círculo. Estos puntos de luz láser atraparían en su interior dos átomos ultra-fríos.

Según explica la revista Futura-Sciences, atrapar átomos ultra-fríos usando fotones (las partículas elementales de la luz) es una técnica bien conocida, por ejemplo, para fabricar relojes atómicos, cuyo funcionamiento se basa en la frecuencia de una vibración atómica.

Sin embargo, hasta ahora nadie había imaginado que este sistema pudiera ser utilizado también para generar un trabajo mecánico.



Portador e iniciador

Los átomos ultra-fríos atrapados por la luz serían dos átomos distintos. El primero de ellos, al que los físicos han bautizado como “portador” perdería un electrón y, por tanto, quedaría cargado eléctricamente. Es decir, sería “portador” de una corriente.

El segundo átomo, que sería neutro, por tanto, carecería de carga eléctrica serviría como “iniciador” o “arrancador” cuántico, explican los físicos en un artículo aparecido en Physical Review Letters.

En un motor eléctrico convencional, es la corriente eléctrica la que genera el movimiento de éste. En el caso del motor atómico, los científicos planean aplicar al sistema compuesto por estos átomos y la luz láser un campo eléctrico perpendicular al plano del anillo luminoso para poner el motor “en marcha”.

Dicho campo eléctrico provocaría inicialmente el movimiento del átomo “portador” pero, como nos encontramos en el nivel cuántico de la materia, éste no se movería siguiendo la trayectoria circular que pudiera seguir, por ejemplo, una bola.

Al ser una partícula cuántica, el movimiento del átomo “portador” debería ser considerado como una onda, es decir, que su posición vendría descrita sólo por la probabilidad.

Empujón atómico

Pero para que el átomo “portador” llegue a moverse se necesita no sólo este campo eléctrico, sino también el átomo “iniciador”.

Según explican los físicos, al aplicar el campo magnético al sistema, incidirían sobre éste ondas de igual fuerza que girarían alrededor del anillo en dos direcciones. La simetría de dichas ondas en un sentido u otro, provocaría que el movimiento global del átomo “portador” fuera igual a cero o nulo.

Por eso es necesario el segundo átomo, el “iniciador”, para que el “portador” se mueva. Este átomo sería el que permitiese el movimiento. Al no tener carga eléctrica alguna, provocaría una asimetría en las ondas energéticas, y funcionaría como un “empujón” para el “portador”.

Por último, para que el motor no sólo empiece a moverse sino también siga girando, el campo magnético aplicado debería oscilar según un patrón específico.

Esto que parece tan complicado funciona perfectamente en los cálculos realizados por los físicos, y todo a pesar de que incluso ellos reconocen no comprender completamente el papel del átomo “iniciador” en el proceso descrito.

Interés y aplicaciones

Según Sergej Flach, un físico del Instituto Max Planck de Alemania, teóricamente este desarrollo es muy interesante, aunque experimentalmente aún queden grandes cuestiones por resolver.

Para Roland Ketzmerick, otro físico teórico de la Universidad Técnica de Dresden, la idea del motor de dos átomos y luz está relacionada con largas configuraciones a modo de cadena de luz y átomos denominadas ratchets cuánticas. Ketzmerick señala el gran atractivo del diseño.

¿Pero para qué podría servir un motor tan pequeño? De momento para nada, publica Futura-Science. Sin embargo, su fabricación resulta de gran interés tanto en el plano teórico como en el plano experimental.