Il primo prototipo di motore quantistico è arrivato: un’alternativa per il futuro?

Il motore quantistico potrebbe essere un’alternativa ai normali motori a carburante che conosciamo, permettendo alla macchina di funzionare senza combustione.

Una valida alternativa per ridurre le emissioni e i consumi di carburante, considerando anche il prezzo sempre crescente di benzina e gasolio, possibilmente anche più efficiente delle auto elettriche a batteria: questo è l’obiettivo, per ora solo il sogno, del gruppo di ricercatori giapponesi e tedeschi che hanno sviluppato il primo prototipo di motore quantistico.

A sentirlo, sembra di varcare i limiti della fantascienza: il motore quantistico fa leva sulle regole della meccanica quantistica, un ambito della fisica ancora tutto da esplorare. Ma la sua applicazione potrebbe essere più che reale.

Cos’è e come funziona il motore quantistico? Scopriamolo insieme.

Il primo prototipo di motore quantistico

Sentendo parlare di meccanica quantistica, qualcuno sarebbe propenso a darsela a gambe levate. In effetti, si tratta di un ambito non ancora pienamente sdoganato e che gli addetti ai lavori devono studiare a fondo. Di base, si tratta della teoria fisica che spiega il comportamento della materia. E un gruppo di ricercatori ha provato ad applicarla al motore delle auto.

Il motore quantistico sfrutta proprio le leggi della meccanica quantistica per permettere all’auto di funzionare senza che avvenga alcun tipo di combustione.

I motori a carburante che usiamo comunemente, infatti, permettono alla macchina di funzionare grazie alla camera di combustione, dove viene incendiata una miscela di aria e carburante.

Si crea così un’esplosione che spinge un pistone avanti e indietro, generando energia. I ricercatori e fisici dell’Okinawa Institute of Science and Technology e dell’Università di Kaiserslautern-Landau e Stoccarda si sono chiesti se sia possibile riprodurre questo comportamento in ambito quantistico, modificando la natura delle particelle.

La risposta è affermativa, almeno stando al primo prototipo di motore quantistico creato. Anche se non mancano ostacoli e criticità.

Il principio del prototipo del motore quantistico

Per coloro che inizialmente avevano l’impulso di scappare di fronte alla meccanica quantistica, non preoccupatevi. Non andremo troppo nel dettaglio per quanto riguarda i principi fisici del motore quantistico in questione.

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Ci limiteremo a descrivere sommariamente il funzionamento di questo nuovo motore che, fino a qualche decennio fa, sarebbe stato impensabile.

La meccanica quantistica propone delle forme di energia diverse da quelle convenzionali, che ad esempio non comprendono il calore. Esattamente all’antitesi del motore a carburante, che per creare energia deve riscaldarsi, arrivando ad altissime temperature.

Il prototipo di motore quantistico prevede l’uso di un gas sul quale è possibile indurre un mutamento nella natura quantistica delle particelle. Le particelle, secondo la teoria quantistica, si dividono in due tipi: bosoni, come il noto bosone di Higgs, e fermioni, come ad esempio gli elettroni.

Bosoni e fermioni hanno caratteristiche diverse in base al principio di esclusione di Pauli. In poche parole, due fermioni identici non possono occupare allo stesso tempo lo stesso stato quantistico, mentre per due bosoni identici è possibile.

La differenza nel comportamento delle particelle è alla base del funzionamento del motore quantistico.

Come funziona il prototipo

Per gli appassionati di numeri, formule e calcoli, c’è lo studio completo pubblicato sulla rivista scientifica Nature. Per un’informazione generale, basterà sapere che il gruppo di ricercatori ha sperimentato con un gas particolare, il litio ultra-freddo. A basse temperature, infatti, bosoni e fermioni si comportano in modo diverso. In particolare:

• I bosoni rimangono allo stato energetico più basso, unendosi tra loro;
• I fermioni, invece, si allontanano gli uni dagli altri e occupano diversi livelli energetici.

L’idea alla base del prototipo di motore quantistico è trasformare i fermioni in bosoni e viceversa. A basse temperature, i fermioni vengono spinti a formare una sola molecola, quindi un bosone, attraverso un potente campo magnetico.

Rilasciandolo, i fermioni tornano a separarsi, convertendo quindi l’energia magnetica in energia meccanica che, alla fine, permette il funzionamento dell’auto.

Le conclusioni e le criticità del motore quantistico

Con l’esperimento, il gruppo di ricercatori ha ottenuto buoni risultati, evidenziando anche un’elevata efficienza del processo, che aumenta insieme al numero di particelle usate. Nonostante l’ottimo esito, il motore quantistico presenta alcune criticità.

La prima – la più importante – riguarda la praticità dell’usare un motore quantistico sulle auto in vendita e in circolazione. Come abbiamo spiegato, il calore e la termodinamica sono nemiche della meccanica quantistica, che funziona a temperature molto basse.

Troppo basse per essere utili e poco dispendiose. Per mantenere il motore il più freddo possibile, infatti, serve una grande quantità di energia che, all’atto pratico, potrebbe essere un problema.

Sono tante, poi, le sfide da affrontare. Nonostante il prototipo permetta di immaginare scientificamente un motore quantistico, i livelli di efficienza sono ancora da migliorare e sono necessari ancora molti studi prima che le industrie del settore possano giudicare se il motore quantistico è effettivamente applicabile per la produzione di massa.

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