Blick in die Vakuumkammer, in der sich die Atom-Falle befindet.

Blick in die Vakuumkammer, in der sich die Atom-Falle befindet. JGU

Das Atom kann durch elektrisches Rauschen geheizt und mittels Laserstrahlen gekühlt werden. Dadurch durchläuft es einen thermodynamischen Prozess, vergleichbar mit den Abläufen im Zylinder eines klassischen Motors. Die erzeugte Leistung regt das Atom zu Schwingungen an, das gleichermaßen als Motor und Energiespeicher fungiert.

In ausführlichen Messreihen konnten die Physiker das thermo­dynamische Verhalten des Motors charakterisieren: der Atom-Motor erreichte eine Leistung von 10-22 W und eine Effizienz von 0,3 %. Normiert man die Leistung auf die Masse eines Atoms, ist diese mit der eines Automotors vergleichbar. Wichtig an diesen Forschungen ist, dass die Realisierung eines solchen Nano-Motors Einblicke in die Thermodynamik einzelner Teilchen erlaubt. Geplant ist, die Arbeits­temperatur der Maschine weiter zu senken und thermodynamische Quanteneffekte zu untersuchen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich die Leistung einer Wärmekraftmaschine durch die Kopplung an ein Quantenbad steigern lässt. So bieten sich vielfältige Möglichkeiten, über die Paradigmen der klassischen Thermodynamik hinauszugehen und neuartige Motoren zu bauen.