Cientistas constroem motor com um único átomo

Johannes Roßnagel et al. / Johannes Gutenberg University, Mainz, Germany

Vista da câmara de vácuo na qual o átomo de Cálcio é aprisionado

Vista da câmara de vácuo na qual o átomo de Cálcio é aprisionado

Físicos experimentais da Universidade de Mainz, na Alemanha, liderados pelo professor Johannes Roßnagel criaram o menor motor térmico até construido: um motor que usa apenas um átomo de Cálcio.

Um motor térmico usa a diferença de temperatura entre dois meios para produzir trabalho, ao mesmo tempo que transfere calor do meio mais quente para o mais frio.

O tradicional motor de combustão interna dos automóveis é um tipo de motor térmico, e o princípio de funcionamento é o mesmo, tanto para o motor do seu automóvel, como para o motor molecular do professor Johannes Roßnagel.

O motor do professor não é exactamente novidade: Roßnagel propôs um modelo teórico em 2014, mas até agora ninguém tinha conseguido criá-lo.

A equipa do professor Roßnagel conseguiu fazê-lo aprisionando um átomo de Cálcio-40 num cone de energia electromagnética, de forma que o átomo não pudesse escapar.

Os resultados do estudo do professor Roßnagel foram publicados na revista Science.

O funcionamento da máquina envolve o uso de dois lasers, apontados às duas extremidades do cone. O laser apontando para o vértice aquece o átomo, e o outro arrefece-o com o método de Doppler.

O aquecimento “aumenta” o tamanho do átomo, forçando-o a mover-se pelo cone em direcção à base. Ao chegar à base, o átomo arrefece e move-se em direcção ao vértice.

A equipa do professor Roßnagel conseguiu tornar este processo mais eficiente colocando a frequência do ciclo de aquecimento e arrefecimento do átomo em ressonância com a frequência natural do átomo.

Johannes Roßnagel et al. / Johannes Gutenberg University, Mainz, Germany

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O movimento do átomo produziu uma espécie de onda sonora crescente, criando energia que o professor Roßnagel conseguiu medir, e que teoricamente poderia ser aproveitada – como se o átomo fosse um pistão.

E não é aí que param as semelhanças com um motor de automóvel. A energia produzida é de cerca de 1,5 kw por kg, ou seja, na mesma escala de um motor de automóvel.

Será que dá para fazer um motor menor?

“Em teoria, sim. Podemos usar um electrão em vez de um átomo, mas do ponto de vista científico, não há diferença, já que ambos são tratados como partículas simples, e comportam-se da mesma forma”, diz o professor Roßnagel, citado pela PHYS.org.

Por enquanto, o motor é só uma curiosidade científica: tem o tamanho de um átomo, mas o equipamento para o fazer funcionar ocupa uma sala.

Mas é na realidade um pouco mais que uma curiosidade, serve para chegar a novas descobertas na ciência fundamental das máquinas térmicas.

“Não vejo uma aplicação directa para este motor. Fizemos investigação básica e tentámos chegar a uma melhor compreensão da termodinâmica das partículas simples”, explica Roßnagel.

Mas talvez essa nova compreensão venha a conduzir a motores mais eficientes.

ZAP / HypeScience

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