Revolutionärer Quantenmotor erzeugt Energie ohne Kraftstoff
Einem internationalen Forschungsteam ist das Unmögliche gelungen: Mit Hilfe von Quantenmechanik hat es einen funktionierenden Motor in Quantengröße gebaut.
Statt auf Kraftstoffe oder Strom haben die Wissenschaftler*innen dabei auf ein quantenmechanisches Phänomen gesetzt, das auf dem Energieungleichgewicht zwischen spezifischen Teilchen der Quantenwelt beruht: Fermionen und Bosonen.
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Antrieb ohne Kraftstoff und Wärme
Die beiden Klassen von Teilchen haben unterschiedliche Eigenschaften. Während sich Bosonen gern häufen und gemeinsam den niedrigsten Energiezustand einnehmen, meiden Fermionen einander und nehmen steigende Energieniveaus ein. Das Forscherteam nutzt genau diesen Energieunterschied der 2 Teilchenfamilien aus.
Um ihn zu erschließen, wandelte es Fermionen in Bosonen um. Dabei wird Energie frei. Der Prozess ähnelt also der Funktionsweise eines Verbrennungsmotors, aber: Es wird dabei weder auf einen Kraftstoff noch auf Wärme gesetzt. "Wir haben die Fermionen jeweils paarweise vereint – dadurch sind Bosonen entstanden", erklärt die beteiligte Forscherin Jennifer Koch in einer Pressemitteilung. "Damit haben wir eine quantenmechanische Alternative zum Zünden eines Kraftstoffs geschaffen, mit der sich unser Quantenmotor betreiben lässt.“
Durch die Umwandlung von Fermionen in Bosonen wird Energie erzeugt.
© Rheinland-Pfälzische TU Kaiserslautern-Landau
"Ziemlich hohe" Effizienz von Quantenmotor
Die Effizienz dieses Quantenmotors sei „ziemlich hoch“, heißt es in der im Nature-Magazin veröffentlichten Studie. Es könne eine Effizienz von bis zu 25 Prozent erreicht werden. Experten sind zuversichtlich, dass dieser Wirkungsgrad in Zukunft weiter optimiert werden kann.
Doch wozu eignet sich so ein effizienter Quantenmotor eigentlich? "Im Moment sind wir von einer konkreten Anwendung zwar noch entfernt, weil unsere Entwicklung nur unter speziellen Versuchsbedingungen funktioniert", erklärt Artur Widera, ein beteiligter Forscher. "Ich bin aber überzeugt, dass in unserer Grundlagenforschung wertvolles Potenzial steckt, das Anregungen für neue Anwendungen in der Festkörperphysik geben kann, beispielsweise in Supraleitern, wo ebenfalls fermionische Elektronen als Paare den Strom verlustfrei leiten“.
Außerdem werfe der Quantenmotor neue Frage rund um die Gesetzmäßigkeiten der Thermodynamik auf. Die Entdeckung trage dazu bei, die winzigen Teilchen ein Stück weit besser zu verstehen, so die Forscher*innen.
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