QUANTENMOTOR SOLL OHNE STROM UND SPRIT LAUFEN: DAS KLINGT WIE SCIENCE-FICTION

Die heutigen Motoren basieren auf einem von zwei Wirkprinzipien. Kraft-Wärme-Maschinen, darunter fallen alle Verbrennungsmotoren inklusive Dampfmaschinen oder Raketenantriebe, wandeln Wärme in Kraft um. Bei einer kontrollierten Explosion in einer Brennkammer wird Energie in Form von Wärme und Druck freigesetzt und bewegt einen Kolben, der eine Kraft ausübt. Mehrere Kolben, die sich zu unterschiedlichen Zeitpunkten bewegen, erzeugen eine Drehbewegung.

Elektrische Antriebe basieren darauf, dass elektrische und magnetische Felder aufeinander wirken. Durch das Bewegen eines elektrischen Felds wird ein Gegenpol bewegt und übt eine Kraft aus. In den meisten Anwendungsfällen handelt es sich um ein elektrisches Drehfeld, das eine Achse zur Drehung anregt.

Nun kommt womöglich eine ganz neue Art Motor ins Spiel: Eine Gruppe Forscher der Technischen Universität Kaiserslautern-Landau entwickelt einen Antrieb, der auf einem bisher ungenutzten Prinzip basiert, nämlich der Quantenmechanik, wie das Wissenschaftsmagazin spektrum.de berichtet. Dieser würde weder Strom noch Kraftstoffe nutzen.

Quantenmechanische Zustände als Energielieferant

Das Wissenschaftlerteam um Jennifer Koch nutzen für ihre Idee die Eigenschaften von Elementarteilchen. Diese gehören entweder der Gruppe der Bosonen an, oder den Fermionen, welche die Materie bilden. Zu den Fermionen gehören Elektronen und Quarks, die Grundbausteine von Atomen. Diese neigen dazu, sich gegenseitig abzustoßen, da sie nicht den gleichen Quantenzustand einnehmen können. Dieser Effekt heißt Pauli-Prinzip und ist der Grund für den Schalenaufbau von Atomen.

Dem gegenüber stehen die Bosonen, diejenigen Teilchen, die Kraft erzeugen und weiterleiten. Elektromagnetische Kräfte werden durch Photonen vermittelt, Gluonen übermitteln die starke Kernkraft, die etwa für den Zusammenhalt innerhalb eines Atomkerns verantwortlich ist. Im Gegensatz zu Fermionen häufen sich Bosonen gemeinsam an und nehmen alle den niedrigsten Energiezustand an.

Der Effekt, den sich Physikerin Koch und ihre KollegInnen zunutze machen, ist folgender: Verbindet man zwei Fermionen miteinander, etwa durch ein geschickt angelegtes Magnetfeld, so verhält sich das Teilchenduo wie ein Boson. In der Praxis kühlen die Wissenschaftler Lithiumatome, definitionsgemäß Fermionen, auf beinahe 0 Kelvin (minus 273,15 Grad Celsius) herunter. Aufgrund des Pauli-Prinzips nimmt nur ein Atom den niedrigsten Energiezustand ein. Weitere Atome müssen einen Zustand einnehmen, in dem sie mehr Energie innehaben. Dann koppeln die Forscher diese Fermionen miteinander und die entstehenden Paare fallen allesamt auf das niedrigste Energieniveau, da sie sich wie Bosonen verhalten. Durch diesen Effekt wird Energie freigesetzt, die für einen möglichen Quantenmotor zur Verfügung steht.

Quantenmotor ist noch Science-Fiction

In Laborumgebung haben die Forscher diesen Effekt bereits erzeugt, sodass der Beweis über die Funktion erbracht ist. Der entwickelte Kreisprozess hat eine Effizienz von 25 Prozent. Das klingt erst mal gering, allerdings weist ein Verbrennungsprozess mit Diesel als Kraftstoff einen Wirkungsgrad von nur 20 Prozent auf. Der Quantenmotor zeigt also bereits in seiner frühesten Testphase immenses Potenzial. Auf eine tatsächliche Anwendung in einem Produkt muss die Welt aber sicherlich noch einige Jahre warten.

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