Notícies
Inici  >  Notícies > Investigadors de la UB desenvolupen una nova variant del dimoni de Maxwell...

Investigadors de la UB desenvolupen una nova variant del dimoni de Maxwell en la nanoescala

El dimoni de Maxwell continu permet extreure arbitràriament grans quantitats de treball per cicle mitjançant mesures repetides de l’estat d’un sistema .

El dimoni de Maxwell continu permet extreure arbitràriament grans quantitats de treball per cicle mitjançant mesures repetides de l’estat d’un sistema .

17/04/2019

Recerca

El dimoni de Maxwell és una màquina imaginada per James Clerk Maxwell el 1897. Aquest artefacte hipotètic aprofitaria les fluctuacions tèrmiques per obtenir energia, en aparent violació del segon principi de la termodinàmica. Ara, investigadors de la Universitat de Barcelona han presentat la primera solució teòrica i experimental d’una versió contínua del dimoni de Maxwell en un sistema de molècula individual. Els resultats, publicats a la revista Nature Physics, poden tenir aplicacions en altres àmbits, com els sistemes biològics o quàntics.

«Malgrat la seva senzillesa i la gran quantitat de treballs publicats en aquest camp, aquesta nova variant del dimoni clàssic de Maxwell no s’havia estudiat fins ara», explica Fèlix Ritort, catedràtic del Departament de Física Fonamental i membre de l’Institut de Nanociència i Nanotecnologia (IN2UB). «En aquesta recerca —afegeix Ritort—, hem introduït un sistema capaç d’extreure arbitràriament grans quantitats de treball per cicle mitjançant mesures repetides de l’estat d’un sistema».

Buscar el moment propici
L’espera d’una ocasió propícia de la qual es pugui treure partit és una experiència que coneix tothom. Aquest patró de comportament és el mateix que el d’un especulador que espera per aprofitar una fluctuació a la borsa o el d’un depredador ben mimetitzat que espera que una presa distreta es posi al seu abast. «Des del punt de vista termodinàmic, la recerca d’ocasions propícies —que té cert component intuïtiu— és el que consumeix la major part de l’energia. La pregunta és si és possible aconseguir la mateixa energia del moment propícia que la que s’inverteix en el procés de recerca, és a dir, mitjançant un procés termodinàmicament reversible», explica Marco Ribezzi, investigador de la UB i de l’Escola Superior de Física i de Química Industrials de París (ESPCI París, CNRS).

«Els nostres experiments demostren que és possible trobar el moment propici, i alhora poc habitual, i aprofitar-lo de manera reversible. Aquests resultats posen en evidència una estructura termodinàmica subjacent a un problema general que pot trobar moltes aplicacions, per exemple en el camp de la biologia», apunta Ribezzi.

Segons els investigadors, el dimoni de Maxwell continu podria tenir conseqüències en l’autoorganització i els processos de selecció que tenen lloc durant l’evolució de la matèria biològica. Per exemple, aquest dispositiu podria ser rellevant en la regulació de xarxes biològiques en el cas de la generació, transmissió i transducció de senyals a través de les membranes cel·lulars.

Concretament, la comprovació experimental s’ha dut a terme en un sistema de pinces òptiques que permet manipular una molècula cada vegada, en aquest cas una molècula d’ADN. Aplicant força suficient sobre aquesta estructura, és possible desplegar-la, però si la força és prou petita, l’estat desplegat es torna més i més rar, de manera que s’arriba a aquell moment precís que es buscava. Quan la molècula es troba en aquest estat poc habitual, té més energia i és possible aprofitar-la. «Com més estrany és el moment, més ens costarà trobar-lo, però més energia se’n podrà obtenir», precisa Ribezzi.

«La sorprenent complexitat de la matèria viva es podria veure com el resultat, al llarg de diferents períodes evolutius, d’un gran procés d’extracció d’energia en entorns adequats per emmagatzemar grans quantitats d’informació totalment oculta pel soroll i l’aleatorietat», conclou Ritort, també membre del CIBER de Bioenginyeria, Biomaterials i Nanomedicina (CIBER-BBN).

Aquesta recerca s’ha dut a terme en el marc del projecte europeu Information, Fluctuations, and Energy Control in Small Systems (INFERNOS), dins del programa Future and Emerging Technologies (FET), i té com a objectiu la realització experimental del mecanisme de Maxwell a nanoescala, és a dir, la creació de nanodispositius electrònics i biomoleculars que segueixin el principi del dimoni de Maxwell.

Referència de l’article:
M. Ribezzi-Crivellari i F. Ritort. «Large work extraction and the Landauer limit in a continuous Maxwell demon». Nature Physics, abril de 2019. Doi: 10.1038/s41567-019-0481-0

Comparteix-la a:
| Més |
  • Segueix-nos:
  • botó per accedir al facebook de la universitat de barcelona
  • botó per accedir al twitter de la universitat de barcelona
  • botó per accedir a l'instagram de la Universitat de Barcelona
  • botó per accedir al linkedin de la Universitat de Barcelona
  • botó per accedir al youtube de la universitat de barcelona
  • botó per accedir al google+ de la universitat de barcelona
  • ??? peu.flickr.alt ???
Membre de la Reconeixement internacional de l'excel·lència HR Excellence in Research logo del ∞ - League of European Research Universities logo del bkc - campus excel·lència logo del health universitat de barcelona campus

© Universitat de Barcelona