Silnik gorętszy od Słońca. Przełom w badaniach termodynamiki

Opisany silnik to mikroskopijna cząstka zawieszona w przestrzeni za pomocą pól elektrycznych, w tzw. pułapce Paula. Aby osiągnąć ekstremalne temperatury, naukowcy zastosowali duże napięcie na jednej z lewitujących elektrod. Efekt? Temperatura cząstki wzrosła do wartości, które wcześniej wydawały się niemożliwe do uzyskania na tak małą skalę.

— Silniki i rodzaje transferu energii, które w nich zachodzą, są mikrokosmosem szerszego Wszechświata — mówi Molly Message, doktorantka i główna autorka badania. — Badanie silnika parowego zapoczątkowało rozwój termodynamiki. Kontynuacja badań nad silnikami w nowych reżimach może poszerzyć nasze zrozumienie wszechświata i procesów, które nim rządzą.

Eksperymenty z nowym silnikiem ujawniły zjawiska, które wykraczają poza klasyczne prawa termodynamiki. Naukowcy zauważyli, że w określonych warunkach system ochładzał się zamiast nagrzewać, co jest sprzeczne z intuicyjnym rozumieniem transferu energii. To zjawisko jest wynikiem wpływu fluktuacji termicznych, które na mikroskali odgrywają znacznie większą rolę niż w makroskopowym świecie.

— Poznając termodynamikę na tym nieintuicyjnym poziomie, możemy w przyszłości projektować lepsze silniki i eksperymenty, które podważą nasze rozumienie natury — dodaje Message.

Jednym z najbardziej obiecujących zastosowań tej technologii jest modelowanie procesów biologicznych, takich jak składanie białek. Zespół badawczy uważa, że ich platforma może działać jako analogowy komputer, który symuluje te niezwykle złożone procesy w sposób bardziej efektywny niż konwencjonalne modele cyfrowe, takie jak AlphaFold.

— Białka składają się w ciągu milisekund, ale atomy, które je tworzą, poruszają się w nanosekundach. Te różnice w skalach czasowych sprawiają, że komputerom cyfrowym trudno jest je modelować — wyjaśnia dr Jonathan Pritchett, doktorant z King's College London. — Nasza metoda pozwala ominąć ten problem, obserwując ruch mikrocząsteczki i opracowując na tej podstawie serię równań.

Badacze widzą ogromny potencjał w swojej platformie, szczególnie w kontekście zrozumienia mechaniki białek, które są kluczowe dla funkcjonowania organizmów żywych.