Uma equipe internacional de cientistas desenvolveu um motor que utiliza os princípios da mecânica quântica para gerar energia, substituindo o calor por uma transformação entre partículas do tipo bósons e férmions, alcançando uma eficiência de até 25%, embora desafios práticos, como a necessidade de operar em temperaturas criogênicas, ainda precisem ser superados para aplicações em larga escala.
Uma equipe internacional composta por cientistas da Alemanha, Finlândia e Japão desenvolveu um motor que diverge da abordagem tradicional de queimar combustível, utilizando, em vez disso, os princípios da mecânica quântica para gerar energia.
Em um motor automobilístico convencional, a combustão acontece quando uma mistura de ar e combustível é inflamada por uma vela. A subsequente explosão resulta no aquecimento do gás na câmara do motor, o qual, por sua vez, movimenta um pistão para frente e para trás, gerando trabalho que é, por fim, convertido no movimento das rodas do veículo.
No entanto, no motor quântico desenvolvido por Jennifer Koch e sua equipe, o calor é substituído por uma alteração na natureza quântica das partículas presentes no gás.
Para compreender como essa transformação é capaz de impulsionar o motor, é necessário lembrar que todas as partículas da natureza podem ser classificadas em duas categorias principais: bósons (incluindo fótons, glúons, mésons, entre outros) e férmions (como elétrons, prótons, quarks e neutrinos), com base em suas características quânticas. Em temperaturas extremamente baixas, onde os efeitos quânticos se manifestam de forma significativa e consistente, os bósons possuem um estado de energia inferior ao dos férmions. Essa diferença energética pode, então, ser explorada para alimentar um motor.
(Foto: Jennifer Koch)
No lugar do processo de aquecimento e resfriamento cíclico utilizado nos motores de combustão convencionais, o motor quântico opera transformando bósons em férmions e vice-versa.
Segundo o professor Thomas Busch, do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa, Japão, “Para converter férmions em bósons, é possível unir dois férmions, criando uma molécula que se comporta como um bóson. A quebra dessa molécula nos permite recuperar os férmions novamente. Ao repetir esse processo ciclicamente, é possível alimentar o motor sem a necessidade de calor.”
(Foto: Mirijam Neve)
Impulsionando a Revolução Quântica com um Motor Inovador
Apesar de operar exclusivamente no reino quântico, um notável tipo de motor demonstrou uma notável eficiência, atingindo até 25% em sua atual configuração experimental. Esse desempenho supera consideravelmente a eficiência de muitos motores a combustão convencionais.
Entretanto, será que podemos esperar em um futuro próximo ver a mecânica quântica impulsionando os motores de nossos veículos? A resposta não é tão simples. Keerthy Menon, membro da equipe responsável por essa inovação, explica: “Embora esses sistemas possam demonstrar uma alta eficiência, até o momento, realizamos apenas um teste de conceito em colaboração com nossos parceiros experimentais. A construção de um motor quântico funcional ainda enfrenta vários desafios.”
Um desses desafios cruciais reside nas temperaturas extremamente baixas necessárias para que o motor opere. Ele funciona apenas em condições criogênicas, próximas do zero absoluto, o que requer uma quantidade significativa de energia para resfriar o sistema a essas temperaturas extremas. Esse requisito de resfriamento torna o motor inviável em termos energéticos para aplicações em temperatura ambiente.
No entanto, a equipe está empenhada em aprimorar o motor quântico, abordando questões teóricas fundamentais relacionadas à operação do sistema, otimizando seu desempenho e explorando seu potencial uso em dispositivos amplamente utilizados, como baterias e sensores. A jornada continua em busca de tornar a tecnologia quântica mais acessível e prática para aplicações do dia a dia.
(Engehariae)