安装在在真空腔体内的原子阱的实物图
最新一期的《科学》杂志中的一篇文章介绍了一种新型的热机，这种热机只利用一个原子就能工作。这个热机是JohannesGutenberg大学物理研究所量子研究组和埃尔朗根-纽伦堡大学的理论物理学家的共同研究成果
热机从工业革命开始就在改变社会的过程中起了重要的作用。以汽车中的热机举例，它们将热能转换为机械能，而我们的现代社会已离不开热机。与此同时，随着缩小化的趋势，新出现的设备也越来越小。
该研究团队使用四极离子阱约束单个的钙离子，这个研究团队由Kilian Singer教授领导，他原先是美茵茨大学该项计划的负责人而现在是卡塞尔大学的教授。人们可以利用电流产生的噪声加热原子并用激光束冷却原子，通过这种方法原子就限制在了一个热动力的循环中。换句话说粒子限制在其中前后运动，就好像一台典型的热机。在系统中，原子不仅储存了能量而且像热机那样工作。
用于加热和冷却原子的激光系统
研究人员针对这个热机的在热动力方面进行了更多的实验。他们在论文中指出他们的单个粒子制造的热机可以产生10-22W的能量，工作效率有0.3%。如果这个单个原子热机产生的能量聚集起来形成一小块物质，它的输出就可以达到一台汽车发动机的水平。“通过这一过程的逆循环，我们可以制造出一台单原子制冷机，并可以用他来冷却与之匹配的纳米系统。”该研究的第一作者Johannes Ro?nagel这样解释。
这项研究的工作核心在于在于研究单个粒子水平的热力学，这是目前一个热研究热点。进一步的研究计划是降低热机工作时的温度以观测量子现象中的热力学效应。根据理论，通过将热机与一个量子热库相连可以提高其功率，因此可以突破现有的对于传统热动力学的认识，探索到更多的复杂性并制造出更多新类型的热机。
原文链接：http://phys.org/news/2016-04-electrically-calcium-atom.html
翻译/杨硕校审/赵昌昊
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