Può un motore essere composto da un singolo atomo? All’Università di Mainz, in Germania, il fisico Kilian Singer è stato capace insieme ai suoi collaboratori di progettare e sviluppare la macchina termica più compatta e leggera mai realizzata, composta da uno ione calcio.
Per ragioni strettamente legate agli aspetti dimensionali, l’intero sistema non è in grado di fornire un quantitativo di energia sufficiente per trovare spazio nell’applicazione pratica. Tuttavia, la scoperta rappresenta una vera e propria rivoluzione nel campo della fisica statistica con particolare riferimento allo studio dei flussi di calore nei sistemi microscopici.
Il principio di funzionamento, infatti, si basa sul medesimo di quello dei motori a combustione interna che alimentano quotidianamente le nostre automobili. Si genera energia meccanica attraverso una reazione chimica, tenendo però presente di dover utilizzare un adeguato sistema di raffreddamento per dissipare il calore (e quindi l’energia) che non si è trasformato in lavoro per evitare problemi di surriscaldamento interno.
Dunque, in questo modo si sottopone lo ione calcio ad un ciclo che lo vede prima eccitato da un campo elettrico e poi raffreddato da un fascio laser. Il susseguirsi continuo di queste operazioni permette allo ione di muoversi all’interno di una “trappola” di appena 8 mm, sviluppando dai 10 ai 24 Joule (0,03 hp) per ogni ciclo completato.
Per produrre energia utilizzabile, come spiegato da Singer, sarebbero necessari miliardi di questi piccoli motori, la cui produzione in grandi volumi comporterebbe diverse tipologie di problematiche. Ciononostante, lo scopo principale del progetto è quello di “dimostrare la validità termodinamica in un regime a singolo atomo”.
Come spiegato dal fisico dell’Università di Delft (Olanda) Peter Steeneken, il risultato degli studi condotti dal team tedesco rappresenta un utile riscontro per apprendere “i limiti ultimi e fondamentali” dei motori termici, oltre che un valido lavoro per ottimizzare le applicazioni future.
