Un equipo de físicos construyen el motor más pequeño del mundo

El motor más pequeño del mundo es aproximadamente diez mil millones de veces más pequeño que un motor de combustión.

Los físicos teóricos del Trinity College de Dublín han construido el motor más pequeño del mundo que, con un solo ion de calcio, es aproximadamente diez mil millones de veces más pequeño que el motor de un automóvil. El trabajo realizado por el grupo QuSys del profesor John Goold en la Trinity’s School of Physics describe la ciencia que hay detrás de este motor de pequeñas dimensiones.

La investigación publicada en la revista internacional Physical Review Letters, explica cómo las fluctuaciones aleatorias afectan el funcionamiento de las máquinas microscópicas. En el futuro, dichos dispositivos podrían incorporarse a otras tecnologías para reciclar el calor residual y así mejorar la eficiencia energética.

El motor en sí, un único ion de calcio, tiene carga eléctrica, lo que facilita la captura mediante campos eléctricos. La sustancia de trabajo del motor es el «giro intrínseco» del ión (su momento angular). Este giro se utiliza para convertir el calor absorbido por los rayos láser en oscilaciones o vibraciones del ion atrapado.

Así funciona el motor más pequeño del mundo

Estas vibraciones actúan como un «volante», que captura la energía útil generada por el motor. Esta energía se almacena en unidades discretas llamadas «cuantos», como lo predice la mecánica cuántica.

«El volante nos permite medir realmente la potencia de salida de un motor a escala atómica, resolviendo por primera vez una cantidad de energía única», ha afirmado el Dr. Mark Mitchison, del grupo QuSys en Trinity, y uno de los coautores del artículo.

Arrancando el volante desde el reposo, o más precisamente, desde su «estado fundamental» (la energía más baja en física cuántica), el equipo observó que el pequeño motor obligaba al volante a correr más y más rápido. Crucialmente, el estado del ion fue accesible en el experimento, permitiendo a los físicos evaluar con precisión el proceso de deposición de energía.

El profesor asistente de física en Trinity, John Goold, ha apuntado que «este experimento y teoría marca el comienzo de una nueva era para la investigación de la energía de las tecnologías basadas en la teoría cuántica, que es un tema central en la investigación de nuestro grupo. La nanoescala es uno de los cuellos de botella fundamentales para una informática más rápida y eficiente. Comprender cómo se puede aplicar la termodinámica en entornos tan microscópicos es de suma importancia para las tecnologías futuras».