Un team di fisici del King’s College di Londra ha creato il motore più caldo e più piccolo mai realizzato, ridefinendo i confini della termodinamica e aprendo nuove prospettive sulla fisica del mondo microscopico. Questo dispositivo rivoluzionario, racchiuso all’interno di una particella microscopica più piccola di una cellula umana, ha raggiunto temperature che sfidano l’immaginazione: 10 milioni di Kelvin, equivalenti a circa 18 milioni di gradi Fahrenheit.
Per comprendere la portata di questa scoperta, basta confrontare questa temperatura con quella del Sole. Il nucleo della nostra stella raggiunge circa 27 milioni di gradi Fahrenheit, mentre la corona solare, lo strato esterno più visibile durante le eclissi, arriva fino a 3,5 milioni di gradi. Il motore microscopico si colloca quindi tra questi due estremi, superando di gran lunga la temperatura della corona solare pur rimanendo contenuto in uno spazio infinitesimale.
La ricerca, pubblicata sulla prestigiosa rivista Physical Review Letters, rappresenta una svolta significativa nel campo della fisica sperimentale. Come ha spiegato Molly Message, dottoranda al King’s College e autrice principale dello studio, comprendere la termodinamica a questo livello controintuitivo permette di progettare motori migliori e di condurre esperimenti che sfidano la nostra comprensione della natura.
Il cuore del dispositivo consiste in una microparticella intrappolata e sospesa in levitazione elettromagnetica attraverso un sistema chiamato trappola di Paul. Questo sofisticato apparato utilizza elettrodi per mantenere la particella in uno stato di limbo elettrico, all’interno di un ambiente quasi privo di aria. Quando i ricercatori hanno applicato una tensione elettrica variabile agli elettrodi, la particella ha iniziato a vibrare in modo estremamente aggressivo, generando aumenti esponenziali di temperatura nell’intero sistema.

I risultati ottenuti hanno stupito gli stessi scienziati. Il motore ha mostrato comportamenti apparentemente paradossali, oscillando tra prestazioni di altissima efficienza e momenti in cui sembrava violare le leggi fondamentali della termodinamica. In alcuni cicli di funzionamento, la potenza prodotta dal motore superava l’energia che consumava, un fenomeno che contraddice il principio di conservazione dell’energia come lo conosciamo a livello macroscopico.
Ancora più sorprendente è stato osservare il motore raffreddarsi spontaneamente quando sottoposto a condizioni che avrebbero dovuto riscaldarlo ulteriormente. Questi comportamenti anomali, secondo i ricercatori, sono probabilmente dovuti a forze invisibili che operano a questa scala dimensionale ridottissima, dove le regole intuitive della fisica classica cessano di applicarsi nel modo tradizionale.
Nonostante le sue caratteristiche straordinarie, questo motore non finirà presto sotto il cofano delle automobili o negli elettrodomestici delle nostre case. Le dimensioni microscopiche lo rendono inadatto a applicazioni pratiche immediate nel mondo macroscopico. Tuttavia, i ricercatori intravedono applicazioni teoriche e scientifiche di enorme valore.
Una delle prospettive più promettenti riguarda la simulazione di fenomeni microscopici complessi, come il ripiegamento delle proteine all’interno del corpo umano. Questo processo biologico fondamentale, che guida innumerevoli processi metabolici, è estremamente difficile da modellare al computer.
La soluzione proposta dai ricercatori è elegante nella sua semplicità: osservando direttamente come si muove la microparticella nel loro motore e ricavando una serie di equazioni basate su queste osservazioni, è possibile aggirare completamente il problema computazionale. Questo approccio sperimentale diretto potrebbe aprire nuove strade per comprendere processi biologici e chimici che finora sono rimasti parzialmente oscuri.