mardi 9 mars 2021

SCIENCES.ENERGIES.ENVIRONNEMENT/LE MONDE SELON LA PHYSIQUE/W10P4

 

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: New quantum theory heats up thermodynamic research PHYS ORG.SCIENCE X

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La nouvelle théorie quantique ravive  la recherche thermodynamique

par University of Nottingham

 

PHOTO/Illustration d'une théorie basée sur le mélange de deux gaz quantiques. Crédit: Beth Morris, PhD en mathématiques de l'Université de Nottingham



Les chercheurs ont développé une nouvelle version quantique d'une expérience de pensée  d’ordre thermodynamique vieille de 150 ans qui pourrait ouvrir la voie au développement de moteurs thermiques quantiques.

 

 

Des mathématiciens de l'Université de Nottingham ont appliqué  leur  nouvelle théorie quantique au paradoxe de Gibbs et ont démontré une différence fondamentale dans les rôles de l'information et du contrôle entre la thermodynamique classique et la  quantique. Leur recherche a été publiée aujourd'hui dans Nature Communications.

 

Le paradoxe classique de Gibbs a conduit à des informations cruciales pour le développement de la thermodynamique précoce et souligne la nécessité de prendre en compte le degré de contrôle d'un expérimentateur sur un système.

 

L'équipe de recherche a développé une théorie basée sur le mélange de deux gaz quantiques - par exemple, un rouge et un bleu   ,restant identiques par ailleurs  -  et lesquels commencent séparés puis se mélangent dans une boîte. Dans l'ensemble, le système est devenu plus uniforme, ce qui s’est quantifié par une augmentation de l'entropie. Si ensuite l'observateur met ( dans la boite vide) des verres violets  et répète le processus les gaz se ressemblent, il semble donc que rien ne change. Dans ce cas, le changement d'entropie est nul.

 

Les auteurs principaux de l'article, Benjamin Yadin et Benjamin Morris, expliquent: «Nos résultats semblent étranges parce que nous nous attendons à ce que des quantités physiques telles que l'entropie gardent un sens indépendamment de celui qui les calcule. Afin de résoudre le paradoxe, nous devons réaliser que la thermodynamique  nous dit  les choses utiles  qui peuvent être faites par un expérimentateur qui a des appareils avec des capacités spécifiques. Par exemple,  un chauffage  d’ un gaz  se dilatant  peut être utilisé pour entraîner un moteur. Pour extraire le travail (énergie utile) du processus de mélange, vous aurezez besoin d'un appareil qui peut "voir" la différence entre les gaz rouges et bleus. "

 

Classiquement, un expérimentateur «ignorant», qui voit les gaz comme indiscernables, ne peut pas extraire le travail du processus de mélange. La recherche montre que dans le cas quantique, bien qu'il soit incapable de faire la différence entre les gaz, l'expérimentateur ignorant peut toujours extraire du travail en les mélangeant.

 

Compte tenu de la situation où le système devient grand,  les cas où le comportement quantique disparaîtrait normalement, les chercheurs ont constaté que l'observateur ignorant quantique peut extraire autant de travail que s'il avait été capable de distinguer les gaz bleus des rouges  ..Le contrôle de ces gaz avec un gros dispositif quantique se comporterait complètement différemment d'un moteur thermique macroscopique classique. Ce phénomène résulte de l'existence d'états spéciaux (multiples) de superposition qui codent plus d'informations que ce qui est classiquement disponible.

 

Le professeur Gerardo Adesso a déclaré: «Malgré un siècle de recherche, il y a tellement d'aspects que nous ne connaissons pas ou que nous ne comprenons pas encore au cœur de la mécanique quantique. Une ytelle ignorance aussi fondamentale, cependant, ne nous empêchera  pas de mettre  a profit ce que notre travail montre

Nous espérons que notre étude théorique pourra inspirer des développements passionnants dans le domaine en plein essor de la thermodynamique quantique et catalyser de nouveaux progrès dans la course en cours aux technologies quantiques améliorées.

 

«Les moteurs thermiques quantiques sont des versions microscopiques de nos radiateurs et réfrigérateurs de tous les jours, qui peuvent être réalisés avec juste un ou quelques atomes (comme cela a déjà été vérifié expérimentalement) et dont les performances peuvent être améliorées par de véritables effets quantiques tels que la superposition et l’enchevêtrement. voir notre paradoxe quantique de Gibbs joué dans un laboratoire exigerait un contrôle exquis sur les paramètres du système, ce qui pourrait être possible dans des systèmes de «réseau optique» affinés ou avec des condensats de Bose-Einstein - nous sommes actuellement en train de concevoir de telles propositions en collaboration avec des groupes expérimentaux. "

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More information: Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-21620

Journal information: Nature Communications

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 MES COMMENTAIRES

·    Je m’abstiendrai de revenir sur la thermodynamique classique,  sur la fonction énergie libre de  GIBBS   ;  sur ce soi-disant paradoxe selon les auteurs. Il y a longtemps qu’il a été réfuté  et résolu (on obtient de nouveau le fait que le mélange de gaz parfaits différents est bien irréversible ble)…

·    .Ce qui m’intéresse   est  l’usage qu’ils font  de la notion de particules quantiques.. car ses fondateurs  ont insisté sur le fait  que la multiplicité des états   ne correspond   pas  à une multiplicité des particules  mais à une multiplicité  des positions que  celles- ci peuvent prendre …..Positions assorties  de leur  coefficient de probabilité …  le concept  de rouge ou de bleu   ne définit qu'un état unique  et    ne devient quantiquement utilisable    que s’ il est accompagné  de  son équation de SCHRODINGER   ;le bleu ou le rouge  deviennent un peu comme le célèbre chat et les mélanger dans une boite passe par  le calcul d’ une probabilité composée  ( c’ est a dire  le produit de deux «  nuages de probabilité »).

Je me demande alors si le fait de rechercher  une expérimentation  ( pour des applications possibles  a des sélectionneurs et des moteurs quantiques ) reste pertinent !

 

 

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